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关键词： 电磁场   电磁波   平面波斜入射理想介质分界面   HFSS   仿真实验   仿真软件  

摘要： 针对平面波斜入射理想介质分界面理论公式过于复杂、学生不易理解的问题,设计平面波斜入射理想介质分界面的电磁特性仿真实验。利用电磁仿真软件HFSS对平面电磁波斜入射理想介质进行建模和仿真,绘制平行极化和垂直极化平面波的反射系数幅度曲线,仿真曲线与理论计算结果相符。以平行极化和垂直极化波全反射为例,给出透射波在一个截面上的电场、磁场和坡印廷矢量分布图,使得抽象的表面波概念和公式转变为三维图形动态演示,提高学生的学习积极性,达到很好的课堂教学效果。实践证明,该仿真实验有助于学生直观且深入理解和掌握TE波、TM波的传播特点与传播规律。

关键词： 岩石破裂机制   矩张量反演   矿山微震监测   岩体稳定性  

摘要： 基于弹性波动理论发展的矩张量反演方法，已成为矿山领域中研究岩体破裂机制的重要手段之一。然而矿山环境复杂，充斥着多种噪声源，微震波形质量往往较差，且传播介质复杂多变。上述原因导致了利用微震数据反演的岩石破裂机制往往不可靠，这对解译岩体动力灾害孕育过程与机理极为不利。鉴于此，本文提出了一种基于多通道奇异谱分析与混合矩张量相结合的震源机制联合反演方法，并进行了效果验证与现场应用。首先，借助多通道奇异谱分析方法提取微震波形中的主要成分，实现岩石破裂信号与噪声信号的分离；然后，与混合矩张量反演方法相联合，降低噪声及传播介质对矩张量反演的影响，并依托室内声发射数据验证了本文所提方法的准确度；最后，应用到工程实践中，对石人沟铁矿研究区域的渗流通道形成机制进行了解译分析。

关键词： 分布式光纤传感   阵列光栅   波分复用   光频域反射   温度检测  

摘要： 【目的】温度是衡量电网运行状况的重要状态量，对电缆接头处温度的快速、准确监测是保障电网安全的必要前提。【方法】分布式光纤传感系统具有抗电磁干扰、体积小、成本低、具备长期监测能力等优点，十分适用于电缆温度的监测。文章利用波分复用超弱光纤光栅阵列作为传感光纤，结合光频域反射定位解调技术，构建了应用于电缆接口处的快速、高分辨、高精度的分布式温度监测系统。【结果】实验所用传感光纤由360个子阵列构成，每个子阵列包含21个不同中心波长并且具有超弱反射率的光栅，共计7560个。经实验验证，文章所提系统在120m的测量范围内可实现14μm的光栅定位分辨率和16mm的传感分辨率。得益于波分复用技术以及采用平均反射率为6‰的超弱反射光栅，即使在如此大容量的情况下，末端光栅依然不存在光谱阴影效应造成的光谱畸变，极大地提高了波长测量精度以及温度传感精度。传感单元的平均温度灵敏度为10.2pm/℃，平均波长测量误差为1.1pm，等效0.1℃的测温精度。特别地，由于子阵列中光栅光谱互不重叠，可将子阵列看作整体同时进行光谱解调，极大地提高了数据处理速度，最终分布式温度场解调速度相较全同光栅阵列提高了21倍。【结论】文章所提系统具备高空间分辨、高精度、快速的分布式测温能力，为电缆接头处的温度监测提供了新的解决方案。我们的工作对保障配电网络安全稳定运行具有重要意义。

关键词： 光栅尺   位移测量   误差补偿  

摘要： 针对集成电路设备工业生产中高精度加工和定位的需求,研究了利用反射光栅的增量式光栅尺测量系统.根据高精度平面光栅尺测量原理,建立了反射式光栅尺位移测量系统.利用读数头光束与光栅平面的几何关系,建立光斑位移与位移平台的位置关系,实现了将光栅反射的光信号转化为位移平台的位置信息.设计了光栅反射信号处理的位移测量实验平台,开展了反射式增量光栅尺测量系统原理验证实验、测量一致性实验和测量稳定性实验.实验结果表明:光栅尺位移测量系统原理正确;光栅尺测量系统测量精度达到±2μm/cm,能够满足集成电路设备工业生产中高精度加工和定位的需求.

关键词： 岩石力学   岩体   离散裂隙网络   节理张量   分形   等效弹性力学参数  

摘要： 裂隙的粗糙度及空间分布不仅是岩体呈现出各向异性的重要因素，同时也是复杂裂隙岩体进行等效强度及变形特性研究的基础。鉴于传统节理张量模型常将裂隙简化为平面，而自然裂隙实则为粗糙起伏表面的研究现状。改进现有节理张量并详实地推导粗糙型离散裂隙网络(RDFN)的等效弹性力学参数计算方法；引入分形理论，构建算例模型，精确量化裂隙粗糙度，对比分析平面型离散裂隙网络(DFN)和粗糙型离散裂隙网络(RDFN)的计算效果；为进一步增强研究的可靠性，采用数值软件生成简单模型，计算模型的解析解与数值解。结果表明：(1)考虑结构粗糙度的等效弹性力学参数计算方法较好地消除了节理张量的局限性。(2)基于W-M分形函数构建的RDFN算例模型，具有显著的粗糙特性，且公式中的分形维数(D)以及分形粗糙度(G)对裂隙表面粗糙度有较大影响。(3)相较于DFN模型，固有的结构粗糙度显著影响RDFN模型的等效弹性力学参数，影响程度约5%～15%;(4)简单数值模型的数值解与解析解的结果接近，误差较小，充分地验证了基于改进节理张量进行本构关系计算的准确性。相关研究结果对粗糙裂隙的岩体等效弹性行为的分析具有重要参考价值。

关键词： 光纤光栅   输电杆塔   自动化监测   应变计   倾角计   解调系统  

摘要： 针对传统电子类传感器在输电杆塔安全监测中存在易受电磁干扰、布线复杂、信号不能远距离传输等问题，文章研究了一种基于光纤光栅传感技术的输电杆塔在线自动化监测系统。设计了光纤光栅应变计和倾角计，用于监测输电杆塔敏感位置的倾斜角度及应力变形，研制了光纤光栅解调仪用于数据的实时采集、处理以及传输。仪器试验及工程应用表明，该系统能够实现输电杆塔结构健康状态的安全自动监测，准确度高、稳定性好、响应速度快，为保障电网的安全稳定运行提供了更全面的监测手段，具有推广价值。

关键词： 波动方程   半离散有限差分格式   能量乘子法   降阶法   一致指数稳定性  

摘要： 本文讨论一维非线性波动方程半离散有限差分格式的一致指数稳定性.首先利用能量乘子法证明了偏微分方程描述的连续系统的指数稳定性.引入辅助变量,利用降阶法将原系统转化为奇异PDE系统.再用有限差分法对空间变量离散,在消除引入的辅助变量后,得到原系统的半离散有限差分格式.最后平行于连续系统,利用能量乘子法证明了离散系统的一致指数稳定性,并通过数值模拟进行验证.

关键词： 高光谱图像   高光谱与多光谱图像融合   张量环分解   图正则   子空间平滑正则化  

摘要： 针对现有经典的矩阵分解模型会导致三维数据结构信息丢失，特别是受到噪声污染时导致重构图像质量严重下降等问题，提出了一种子空间平滑正则化与图正则相结合的高光谱与多光谱图像融合的方法，在保持立方体结构特征的同时利用流形结构与局部平滑特性来实现高光谱图像超分辨率重建。首先，利用空间子空间与光谱子空间的局部自相似性，通过张量环因子构建空间图和光谱图来挖掘空间光谱流形结构来提升重建图像质量；其次，引入子空间平滑正则化则用来促进目标图像子空间的分段平滑;最后，设计一种高效的近端交替最小化算法对所提出的算法进行求解。在三个常用的实验数据集上进行实验表明，所提出的模型能改善空间细节和结构的同时在一定程度上也能抑制噪声。

关键词： 长周期光纤光栅   折射率   强度检测   应变  

摘要： 基于长周期光纤光栅(long period fiber grating， LPFG)对环境折射率变化敏感的特性，本文提出了一种基于强度检测的LPFG高灵敏度折射率传感方案。理论分析和仿真验证了LPFG谐振峰强度对外界折射率变化敏感的特性；同时，仿真了应变对LPFG谐振峰强度的影响，通过对比0和200με下LPFG谐振峰强度随环境折射率的变化，验证了增加应变可以实现折射率传感灵敏度的提升。经过实验验证，在1.4498-1.4558的折射率范围内，LPFG折射率传感初始灵敏度为1985dB/RIU；通过增加应变，在1.4498-1.4568的折射率变化范围内，LPFG折射率传感灵敏度提升到3182.9dB/RIU，可以实现高灵敏度的折射率传感。该传感方案具有结构简单，折射率传感灵敏度高等特点，在生物、化学及环境参数检测等领域具有潜在的应用价值。

关键词： 交叉敏感   少模长周期光纤光栅   温度   应变  

摘要： 对于光纤光栅传感器存在温度交叉敏感的问题，国内外研究学者提出了许多的方案，但这些方案或需要两个宽带光源或者光谱扫描时间长、光栅制作复杂、成本高等特点。为解决这些问题，本文提出了一种基于少模长周期光栅的新型传感方案。该方案是利用少模光纤能够传输基模和少量高阶模的特性，通过调整光栅的周期，实现纤芯模与包层模的有效耦合。系统由两个周期不同的长周期光栅组成，通过耦合器连接，并接入宽带光源和光谱仪。在不同温度和应变条件下，分析光栅中纤芯模与包层模耦合的灵敏度差异，利用矩阵法实现温度和应变的同时测量。结果表示，在0-100℃温度范围内，光栅波长发生红移，耦合后的温度灵敏度分别为0.51286nm/℃ 、0.76143nm/℃。应力在0-500με范围内，光栅波长发生蓝移，应变灵敏度分别为-0.13857nm/με、-0.08229nm/με。该传感方案结构简单，灵敏度高，成本低廉，能够较好地解决光纤光栅传感过程中温度与应变的交叉敏感问题，具有一定的实用价值。