光纖傳感技術論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇光纖傳感技術論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

1. 引言

分布式光纖傳感技術適用于橋梁工程的檢測以及施工過程監控。其原理基于在光纖中傳播的激光會發生布里淵散射，而散射光的頻率，會隨所在的點的溫度和應變發生變化，這兩種效應都是線性的。一般使用通訊光纖布置于工程構件，進行測量，因此，必須對光纖進行標定。標定后的光纖，其頻移與相應的溫度或應變有一個明確的換算系數，單位是Hz/℃，以及Hz/?ε.

為了標定光纖，我們制作了專用標定臺。由鋼質簡支梁組成，采用砝碼做四點彎曲加載，因此中段是純彎曲段。梁的彈性模量、尺寸已知，因此可以在理論上確定彎曲應變、應力。在純彎曲段貼應變片，測試應變值作為校驗。由于本次試驗目的在于檢驗標定方法和標定方案的合理性，采用一段已經標定過的光纖做實驗，其標定值為0.051MHz/?ε，本文不做應變片以及砝碼載荷下理論應變的校驗分析。

2. 試驗材料和儀器

此次試驗同時標定的光纖有：（1）裸光纖；（2）普通緊套光纖；（3）鎧裝緊套光纖。

三組光纖稍微預張拉后分別粘貼在鋼梁的下側即受拉一側，三條光纖線路分別連接好（激光筆測試光路通暢），各自編號，各自線路上對應的待測純彎段距離范圍量測準確后，即開始測試。

測試儀器為日本 NBX6050分布式光纖監測儀。圖1是實驗裝置。

圖1 實驗裝置

3. 測試結果及數據分析

本文僅分析裸光纖的標定結果，另兩組光纖的標定，數據處理較復雜，將另文發表。

實驗過程包括加載砝碼、運用光纖監測儀發出激光、讀取散射光、分析頻移得出數據。數字化的數據以電腦文件形式保存。圖2是由數據畫出的裸光纖的測量曲線。其中中段是純彎曲段的響應，兩側有非純彎曲段以及光纖引線的響應。

圖2 裸光纖應變曲線

根據數字化的數據文件，數據導入excel繪制散點圖并擬合線性直線

得出結果見表1. 擬合的直線見圖3。根據直線方程，可以知道其標定系數。

表1 擬合直線的數據

圖3 擬合的線性度及其斜率

擬合線性方程式表明裸光纖的標定值在0.0508-0.0514MHZ/?ε之間。與名義標定值符合較好，也符合一般光纖的平均特性。

4. 結論

通過使用標定臺，對光纖進行試驗性標定，確認名義應變系數為0.051的光纖，其標定系數在0.0508-0.0514MHZ/?ε之間。標定的最大相對誤差為0.78%. 研究表明，這種標定臺性能較好，標定方法合理。

本次試驗還有很多其他數據待分析，將另外撰文發表。

參考文獻

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篇（2）

【中圖分類號】TU196+.1 【文獻標識碼】 B

Study on high strain detection of precast pile using FBG sensing technology

Qiu Zhenhong

(Shanghai jiangnan architectural design institute co,. ltd ShangHai 201800)

【Abstract】 FBG which has the advantage of high precision, strong ability of anti-electromagnetic, strong adaptive capacity to environment, long service life, etc has become a new advanced detection way in the field of pile foundation and bridge. This paper introduces the measure principle of FBG sensing technology and the implantation process of fiber grating into precast pile. Combined with the specific project, the traditional high strain data and FBG strain data is compared. The results showed that FBG data is suitable for high strain detection.

【Keywords】 FBG; high strain; detection of pile foundation; precast pile

0 引言

樁基檢測中高應變檢測是一項重要檢測內容，通過分析應力應變隨樁身變化情況分析樁身完整性和樁的承載性狀[1-2]。由于采用高應變進行承載力檢測具有工期短、成本低、效率高等特點，促進了高應變檢測法的推廣，但是高應變檢測的精度很大程度上與測試傳感器有關。傳統的電阻式、鋼弦式、電感式傳感器普遍存在靈敏度差、精度低、抗電磁干擾能力弱，受水腐蝕失真或失效等缺點，難以適應現代工程精確檢測的要求。而近年來興起的光纖光柵傳感器則具有精度高、抗電磁干擾、防水防潮、抗腐蝕和耐久性長等特點[3-6]，其體積小、重量輕，便于鋪設安裝，且不存與監測對象不匹配的問題，對監測對象的材料性能和力學參數等影響較小。另外，光纖光柵傳感技術采用光纖進行信號傳輸，傳輸損耗小，容易實現遠距離信號傳輸，正好彌補了傳統檢測技術的不足。本文結合具體的工程實例，將FBG傳感器植入檢測的預制樁中，同時采集傳統

的高應變檢測應變數據和FBG應變數據，并進行對比研究。結果表明：FBG測量數據可靠，具有較好的適用性。

1 FBG傳感技術測量原理

光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating,簡稱FBG）是利用光纖材料的光敏性在纖芯內形成空間相位,光柵其作用的實質是在纖芯內形成一個窄帶的濾波器或反射鏡，使得光在其中的傳播行為得以改變和控制[7]。

圖1 光纖光柵傳感器的構造

如圖1所示，FBG傳感器分布在光纖纖芯的一小段范圍內，它的折射率沿光纖軸線發生周期性變

作者簡介：邱正紅，1982年出生，男，漢族，重慶潼南縣人，工學學士，助理工程師，主要從事巖土工程勘察和基坑設計工作。E-mail：qzh@live.it

化，圖中纖芯的明暗變化代表了折射率的周期變化。光纖布拉格光柵是光纖纖芯折射率沿光纖軸向呈周期性變化的一種光柵。目前已有的基于光纖布拉格光柵的各種傳感器的工作原理都可以歸結為對布拉格光柵中心波長的測量[8-9]，即通過對由外界擾動引起的布拉格光柵中心波長漂移量的測量，得到被測參數；布拉格光柵中心波長與光纖纖芯有效折射率以及光纖光柵長度周期Λ相關[10]即：

(1)

其中：為布喇格光柵的中心波長；為光纖纖芯的有效折射率；為布喇格傳感器光柵的柵距。

圖2FBG傳感器工作原理圖

顯然，寬帶光源的輸入光譜在通過FBG傳感器1后，形成了波谷峰值為的凹陷，而反射光譜則具有波峰。當光柵所在處的光纖產生軸向應變時，柵距變為：

(2)

此時布喇格波長產生相應的變化，它滿足：

(3)

其中：為有效光彈系數,它的值約為0.22。

另外，溫度變化會引起光纖折射率的變化，同時也會引起柵距的變化，當溫度變化為時，將引起布拉格波長產生移動，可以表示為：

(4)

其中：為光纖的熱膨脹系數，；為光纖的熱光系數，。

由(3)、(4)兩式得到同時考慮應變與溫度變化時，所引起的波長移動：

(5)

由此可知，只要測出布喇格波長的變化，就可以得到外界的應變或溫度擾動。

2 預制樁FBG植入工藝

預制樁一般是在工廠制作而成的，特別是預應力預制樁是在預制廠經過先張預應力，離心成型及高壓蒸養等工藝生產而成的高強預制混凝土構件[11]，無法將光纖光柵澆注到其中。在打樁的過程中，由于預制樁管壁與土體的摩擦力很大，將光纖光柵貼在預制樁表面時，很容易造成打樁時光纖光柵被刮斷[12]。本文采用在預制樁表面刻槽后放入光纖光柵再用高強度膠進行密封，這樣既成能保證光纖光柵的成活率，又能保證光纖光柵與預裝樁身變形的一致性。預制樁的FBG植入工藝主要包括以下四個工序。

（1）光纖熔接

在FBG傳感技術測量中，光纖只是進行光信號的傳輸，真正起到測量作用的是光柵的那部分。所以要根據樁長截取相應長度的傳輸光纖與FBG傳感器進行熔接。

（2）刻槽布纖

用開槽機在預制樁身表面沿著布纖路線刻槽，槽寬和槽深以能放入光纖為準(太深容易破壞樁身強度)，光纖放入槽內用502膠水進行定點固定，刻槽布纖如圖3所示。

圖3 刻槽布纖

（3）光纖保護

用高強膠（環氧樹脂）填充槽內進行光柵粘貼和光纖線路保護，在樁端出露的光纖用套管進行保護，將多余的光纖盤繞在樁頭并用緩沖材料進行包裹保護，光纖保護如圖4所示。

圖4 線路保護

（4）打樁對接

將布好光纖的樁按順序進行打入，在樁對接時進行上下兩樁光纖的對接，并將多余光纖盤繞在接頭地方進行強化處理，打樁對接如圖5所示。

圖5 打樁對接

3 工程實例

3.1 工程背景

嘉定區城北大型經濟適用房（南塊）位于上海市嘉定區，住宅樓和配套商業擬采用樁基礎，地下車庫、地下P型站和地下水泵房擬采用抗拔樁。工程主要負責樁基設計參數可行性研究工作。根據設計需要，結合勘察資料，進行現場原位測試，包括：模型樁單樁豎向抗壓、單樁豎向抗拔靜載，錘擊樁高應變跟蹤監測及樁身應力分析，獲得各層土設計參數。

3.2 測試方法

本文主要研究該工程中管樁（管樁樁長13.0m，內徑0.22m，外徑0.4m）的高應變檢測。通過光纖光柵測得應變數據分別與高應變測樁儀導出數據進行對比。樁身應力測量采用光纖光柵應變傳感器。光纖光柵應變傳感器布設：在樁頂以下1m處（-1m)布設一個；在土層交界處6.5m處（-6.5m)布設1個，在樁底以上50cm處（-12.5m)布設1個，FBG傳感器布設如圖6所示。

圖6 FBG傳感器布設圖

高應變初打跟蹤監測試驗按照《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2003）進行，測試方法見圖7。

圖7 高應變測試圖

3.3 檢測數據分析

本文選取了一根測試樁，對樁的錘擊高應變數據進行分析。通過預埋在樁身上的光纖光柵測得應變數據分別與高應變測樁儀輸出數據進行對比研究，FBG傳感器測試出的數據曲線如圖8所示。曲線中第一個峰值的出現表示在擊打過程中樁身產生的最大應變，其余峰值是由于擊打過程中余震產生。圖形顯示在-1m處峰值最高，其次-6.5m處，-12.5m處峰值最小。這表明：在被擊打過程中，離測試樁由樁頂至樁底，樁身應變逐漸減小，在樁頂處會產生最大應變，所以在錘擊過程中要加強對樁頂的保護。

圖8高應變時光纖測得應變曲線圖

由于-1m處安裝的FBG傳感器與高應變檢測中的應變片安裝位置接近（檢測傳感器的安裝用膨脹螺栓安裝在距樁頂約2倍樁徑處），將-1m處的FBG測試數據與應變片的數據進行了對比，光纖應變曲線與高應變儀導出應變曲線對比圖如圖9所示。從圖9中可以看出，兩者的曲線較為吻合，這說明FBG傳感技術適用于高應變檢測。

圖9 高應變時光纖曲線與高應變儀導出曲線對比圖

4 結論

（1）本文將FBG傳感監測技術應用于樁基檢測中，將光纖光柵測得應變數據與高應變測樁儀輸出數據進行比較研究。結果表明：FBG傳感數據能較好地適用于高應變檢測，但也存在不足，由于高應變檢測同時需要應變數據和加速度數據，而此次測試只采集了樁身FBG應變數據，如果在樁身相應的位置能安裝FBG加速度傳感，同時采集FBG應變和加速度數據，擬合樁基的承載力與傳統高應變測樁儀測出的樁基承載力進行對比，將是本論文需要深入研究的一個方向。

（2）FBG傳感器可以安裝在樁體的任何位置，如果將FBG傳感技術運用于高應變檢測中，就可以

測得樁體任何位置的應變，而不僅僅局限于樁頂附近。

（3）檢測數據的精確度不但與測試方法有關，還與傳感器的性能有關，FBG傳感器正是由于其高精度、抗電磁干擾能力強等特點得到了工程界廣泛的關注。但是，由于其比較高的價格也限制著它的發展。隨著科學技術的發展，FBG傳感技術將會得到廣泛發展。

參 考 文 獻

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篇（3）

1.引言

近年來，港口大型設備事故時有發生，靠傳統檢測很難及時、全面發現故障發生的預兆及發展趨勢。而起重機械事故通常具有不確定性和不可預見性，其造成的結果卻是極其嚴重的。目前，我國大部分港口普遍缺乏一套行之有效地實時監測和評估港口大型設備的技術和方法。若不能及時、準確地獲取港口大型設備真實的狀態信息，則會給設備運行留下安全隱患。隨著經濟的飛速發展、貨運量的大幅增加，確保港口機械設備的技術性能狀態經常處于良好狀態，實現實時監測，避免突發性故障的發生是亟待解決的問題。

2.港口大型設備檢測存在的問題

通過調研分析，當前港口大型設備在安全管理上主要有以下幾個問題。

（1）部分港口缺乏先進的檢測手段、方法及設備，對港口大型設備的維護主要以日常檢測為主，不能實時、準確地反映設備的實際狀況。

（2）各港口的檢測人員檢測技術水平不一，對關鍵的失效模式并不能進行準確地判別，檢測和診斷則缺乏較強的針對性。

（3）港口現場作業繁忙、環境惡劣，不停機檢測和檢測數據的傳輸存在很大的困難。且設備運行狀況相關數據大量流失，對設備的健康狀況診斷數據匱乏。

（4）港口大型設備缺乏有效的在線實時監測設備、系統及安全評估系統。

以上問題已成為港口大型設備安全、可靠運行的潛在隱患。因此，迫切需要一種能及時發現危險源的實時監測技術來解決這些難題，及早發現缺陷并判斷缺陷是否具有危險性，以使能及時維修處理，避免起重機事故的產生。

3.港口大型設備安全監測技術研究

目前，針對港口大型設備檢測的常規辦法主要有目測、射線檢測、磁粉探傷檢測和超聲波檢測等方法。以上檢測方法具有很大的局限性。首先，結構表面去漆，不僅耗時長，且對于不規則的構件表面檢測比較困難，對人的操作技術水平要求較高，但效率較低。第二，射線檢測對人的身體有害，檢測時必須有很嚴格的保護措施。第三，起重設備檢測屬于高空作業，存在一定的難度，且檢測的范圍有一定的局限。第四，目測等方法很容易引入主觀誤差。基于以上原因，一般性檢測手段對于港口重大設備的缺陷診斷，誤判、漏判很難避免，且不能實時準確反映在役設備的真實狀況，對于設備運行將留下安全隱患。

隨著科技和工業的發展，國外較早地開展了起重設備的在線監測與診斷研究，將成果應用到實際，并取得顯著的經濟效益。近年來，國內對于港口起重設備在線監測技術的研究也向多方面進行了拓展。

3. 1港口大型設備安全監測技術

3.1.1基于電阻應變技術的無線應力在線監測系統

電阻應變技術是通過電阻絲應變與電阻變化的對應關系來獲得被測件在貼有應變計處的結構應變值，從而實現對結構的檢測。該方法技術成熟，成本較低，不會對待測構件造成損傷。當前國內學者開展了無線應力在線監測系統的研究。無線應力在線監測系統是借助遙測技術獲取結構受力部位的應力信息，并實時傳輸到監測設備，以達到實時了解起重機結構受力狀態的一種起重機實時監測系統。此技術中應力的采集多采用電阻應變技術。電阻應變片其耐蝕性、耐濕性、耐久性差，環境適應性差，難以實現在線監測系統對起重機長期監測的目的。此外，該在線監測系統在干擾因素過多，傳輸距離較大的情況下，無法保證數據能夠安全無誤傳輸。

3.1.2聲發射技術

聲發射技術，它是以瞬態應力波的形式迅速釋放其內部積累的應變能的過程，可準確捕捉活動裂紋的位置。聲發射技術用儀器探測、記錄、分析聲發射信號，并利用聲發射信號對聲發射源的狀態做出正確判斷。聲發射技術具有動態、實時、整體和連續等特點，對結構的形狀、尺寸不敏感，可以對大型結構進行大面積的檢測。它能夠在線檢測、監測活性缺陷。對于受力情況復雜的起重機金屬結構，它比超聲波、磁粉檢測效果更好、更真實，同時也可以減少檢驗中不必要的停機。聲發射技術可以彌補常規無損檢測方法的不足，實現結構狀態的整體監測，為有效地安全監測提供準確的依據。

聲發射技術不能提供被測件的靜態缺陷。在實際中，由于大型起重機械工作環境比較惡劣，噪聲非常大，而聲發射信號卻非常微弱，聲發射信號則很容易被噪聲湮沒，實際測得的聲發射信號將含有較多電氣、機械噪聲，在實際的工程應用中聲發射監測效果并不太理想。

3.1.3光纖光柵傳感技術

光纖傳感技術是一種以光波為載體，光纖為媒質，感知和測量被測量信號的新型傳感技術。光纖光柵傳感技術的優點是抗干擾性強，不受電磁、噪聲影響；靈敏度、可靠性高；能串接復用，可實現分布式監測；耐久性好，動態響應快，信息傳輸遠，信號長距離傳輸不需要專門的調節，可滿足長期健康監測的要求。但傳感器、檢測儀等設備成本相對較高，且光纖傳感器對溫度同樣敏感，在實際應用中需要采取相應的溫度補償措施。光纖光柵傳感技術目前多用于橋梁結構安全監測。

3.1.4數字圖形圖像處理技術

數字圖形圖像處理技術是通過將采集到的圖像信息轉化為數字信息，并利用計算機進行除噪、增強、復原、分割、提取等處理的方法與技術?；跀底謭D像處理技術的監測方法是一種新型的非接觸式監測方法。基于數字圖形圖像處理技術的監測系統與光纖傳感技術等監測技術相比，成本較低。它是一種實時的、高精度的、遠距離的、能進行結構靜動態位移監測的監測方法。該方法不傷及被測物，不干擾被測物自然狀態，且可瞬時獲取被測物體大量物理信息和幾何信息。基于數字圖像處理技術的監測方法對于拍攝環境要求較高。基于數字圖像處理技術的監測方法現多用于橋梁、坡道等相對簡單的結構。起重設備工作環境復雜，利用照相機技術在無線網絡傳輸速度低的情況下不易滿足起重設備監測的需求。利用數字攝影測量技術進行自動實時監測將是今后鋼結構安全監測的發展趨勢。

3.2港口大型設備監測管理

對監測得到的數據進行詳細的分析，若分析得到異常數據，應對用戶及時發出警告并尋找產生異常的原因，通過檢修維護，排除異常，以達到消除事故隱患的目的，實現安全監控與起重機正常作業同時進行。使用監測系統還可以積累大量史數據，當起重機出現故障，可以為維修人員查找故障提供依據，在故障發生之前做出預報，減少事故發生的概率和損失，提高起重機的安全性和可靠性。

4.結束語

本文充分比較了各種港口大型設備安全監測技術的應用特點及技術特性，為港口企業和相關科研單位提供參考。開展港口大型設備安全監測技術研究，開發起重設備安全在線監測系統，對于港口相關部門及時掌握港口在役設備的運行狀況，防止起重事故的發生具有重要的意義。

參考文獻：

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中圖分類號： TU997 文獻標識碼： A 文章編號：

一般在橋梁施工監測中常用傳感器為振弦傳感器、金屬應變片等，隨著科技的技術光纖傳感器越來越受到人們的關注，與傳統的傳感器相比其具有測量精度高、動態范圍大、頻帶寬并可實現絕對測量以及抗電磁干擾、耐腐蝕的特點。

本文基于城市高架橋蓋梁的施工過程，在其典型受力位置埋入光纖光柵應力和溫度傳感器，對其各典型施工階段進行理論應力和實測應力的對比分析。

光纖光柵傳感技術

光纖是光導纖維的簡稱，一般由纖芯、包層、涂覆層構成，是一種多層介質結構的圓柱體光學纖維。纖芯和包層為光纖結構的主體，其主要材料是二氧化硅，對光波的傳播起著決定性作用，纖芯的折射率比包層的折射率稍大，但滿足一定的入射條件時，光波就沿著纖芯向前傳播。

光柵傳感器滿足Bragg條件（光波的耦合模理論），也即光纖光柵的中心波長與有效折射率和光柵周期滿足下式：

可見，光纖光柵的反射波長主要和光柵周期和有效折射率有關，當光纖光柵感受到外界環境溫度變化或應變變化時，不僅會引起光柵周期的變化，而且還會引起有效折射率的變化，從而引起反射光波長的偏移，這就是光纖光柵傳感的基本原理。

對于光纖光柵而言，有效折射率的變化主要由彈光效應和熱光效應引起，光柵周期的變化主要由熱膨脹效應和外界的應變引起。但對于成品的傳感器中，彈光效應和熱光效應為光纖光柵的特性，可以通過實驗進行標定，最后轉換成成品中給出了傳感器的應變靈敏系數和溫度靈敏系數。

光纖光柵埋入與蓋梁施工

直立式大懸臂蓋梁結構，墩柱尺寸為1.8m*2.0m；蓋梁整體形式為T型，懸臂長度為6.6m，根部高度為2.2m，端部高度1.2m。在蓋梁理論計算中采用大型有限元軟件Midas FEA，為實體有限元模型，在結構建模計算中嚴格按照結構的實際施工過程進行。施工過程為：

蓋梁鋼筋的綁扎—蓋梁混凝土澆筑—4根N2鋼絞線的張拉（澆筑9天后）—一側右邊架設4片小箱梁（N2張拉10天后）—鋼絞線N4和N6張拉—全部小箱梁架設—剩余鋼絞線張拉（架梁16天后）。

在橋墩蓋梁建模中，為提高分析精度，采用四面體單元進行墩柱蓋梁的網格劃分。采用鋼筋單元模擬預應力鋼束，根據空間位置關系與混凝土實體單元耦合，同時考慮施工階段混凝土材料時間依存關系的影響。

圖1光纖光柵傳感器的埋入

傳感器的埋入如圖2所示，在預應力張拉及上部結構主梁安裝過程中，蓋梁上緣結構應力的變化相對較大，集中張拉預應力或大批量安裝主梁卻未及時張拉預應力，均極有可能造成蓋梁根部截面受拉而開裂。為了排除混凝土水化熱和其收縮、徐變產生的影響，在蓋梁中預埋了光纖光柵溫度傳感器。

傳感器安裝在蓋梁鋼筋綁扎完畢后，混凝土澆筑之前進行。光纖光柵傳感器的埋置一般遵循以下順序：串聯傳感器、預埋位置的確定、傳感器線路的布置、傳感器綁扎、引線保護等。

傳感器綁扎過程中，扎絲應距離傳感器端部約5cm，不應太靠近傳感器中部，防止傳感器在綁扎過程中受拉或受扭；兩端引出線應采用軟質細管（如注漿管）進行保護。串聯傳感器線路布置時，宜沿鋼筋走向布置，避免過多的彎曲、纏繞等，其彎曲越小，對傳感器波長測量影響越大。

3．測量結果分析

橋梁監控的一個重要目的便是荷載施加前、后蓋梁典型截面處應力的變化，以此來推斷蓋梁的施工質量、鋼絞線張拉情況、蓋梁的實際受力情形等。此處施工荷載引起的應力變化，指各施工階段前、后，該蓋梁監控測點處應力改變的大小；蓋梁根部上緣應力分別為四個測點的平均值。

實測值與FEA值結果對比

4．結語

由上述數據對比分析可知，一次架梁和二次架梁過程中，實測應力值和計算結果相差較大，原因可能為上部小箱梁架設和鋼絞線張拉順序的改變，對懸臂蓋梁根部截面產生較大的應力起伏，施工過程中應引起足夠的重視。應力變化趨勢均與理論計算值有較好的吻合，說明光纖光柵傳感器在測量由于荷載引起的蓋梁典型截面應力變化時，其數據結果準確，誤差較小，光纖光柵傳感器在該蓋梁施監控中發揮了良好的作用。

參考文獻：

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《光電測試技術》是上海電力學院測控技術及儀器專業的重要專業選修課。它是一門綜合性很強的課程，涉及了光學、電子和計算機等多門學科，也是現代檢測技術重要的發展方向，對培養學生綜合運用專業知識及創新能力起著非常重要的作用。如何在有限的學時內，通過該課程的學習，培養學生達到教學目標，這對教師提出了挑戰。筆者從教學內容的選取和組織安排等方面進行了一定的探索和研究。

一、優選教學內容

光電測試技術課程包涵的知識點很多，并且隨著科技的進步，新的測試技術不斷地出現，需要進一步擴充教學內容。而不同的院校有又不同的背景，在不同的領域上有所側重，需要量體裁衣，合理選擇教學內容。

（一）突出電力特色

上海電力學院的辦學定位與培養目標是主要為社會培養和輸出所需要的應用型技術人才，特別要為電力行業的科技進步服務，培養電力行業所需的第一線的應用型技術人才。為了突出本校的電力特色，尤其考慮到測控技術與儀器專業的部分學生在畢業后會進入電廠等相關電力領域工作，所以在教授內容中加入最新的電力知識是很有必要的。

近年來，光電測試技術的發展可以說是日新月異，新的科技成果不斷涌現，在電力系統中的應用，主要體現在以下幾個方面。

1.火焰圖像檢測器

光學成像技術在燃煤火電廠煤粉爐爐膛火焰視頻監視上的應用，可以直接地反映爐膛內的燃燒情況，給運行人員提供相對直觀的判斷依據，對鍋爐的安全運行和操作起到及時的指導作用。安裝好、調試好、使用好爐膛火焰電視設備，對鍋爐的安全和節能經濟運行都有著非常重要的意義。這部分內容可以和書本教材中的固體成像器件配合起來教學。

2.激光盤煤技術

傳統的煤場存煤量測量方法不僅需要耗費大量的人力和物力，其測量結果也極不準確，嚴重制約了電廠現代化管理水平的提高。目前新型的自動盤煤方法為激光盤煤儀，采用二維高頻率激光掃描儀對料場的表面進行高頻率斷面掃描獲得高密度的斷面數據，結合行程測量器獲得的料場長度和回程測量器獲得的掃描儀偏轉角度數據，實現料場體積的計算、料場三維模型的顯示。在盤煤的實時性和準確性方面都有顯著的改善，取得了比較滿意的結果。[1]該部分內容可以和書本教材中紅外輻射與紅外探測器配合起來教學，還可結合數字信號處理、數字圖像處理等課程對圖像恢復重建等展開探討。

3.光纖傳感技術

光纖傳感技術具有細而柔軟、抗電磁干擾、絕緣性能好、防爆性能好、 耐腐蝕、導光性能好、信號衰減小等特點，可以解決常規檢測技術難以完全勝任的測量問題。分布式光纖傳感技術是隨著“智能結構和智能材料”的需要而發展起來的一項新技術，集傳感與信息傳輸于一體，廣泛應用在電力行業中：電纜狀態監測，如電力電纜的表面溫度檢測監控、事故點定位、電纜隧道、夾層的火情監測等；變電站監測，如母排、橋袈、變壓器、電動機、發電機、配電盤的溫度分布、測量及故障點檢測等；水電站、發電廠監測，如加熱系統、蒸汽、輸油管道；送煤系統的溫度監測和故障點的檢測等等。

光纖傳感技術正好和書本教材的光導纖維與光纖傳感器匹配，在了解光導纖維與光纖傳感器的基本原理后，引入大量的光纖傳感技術在電力系統中應用的工程實例，更好地貫徹了理論聯系實際這一原則，可以使學生思考如何學以致用。

（二）適應科技發展

光電測試技術內容多，知識面廣，又是多學科交互融合、互相滲透的前沿科學。通常情況下，教材對基礎知識、基本原理和基礎效應介紹較多，對具體應用和設計方面則較少；對經典的光電器件介紹較多，新型光電器件較少；傳統技術敘述較多，尖端技術和綜合應用較少。由于種種限制，不可能找到一本非常完美、各方面都滿意的書本教材，我們只能選擇較合適的，在講授基本內容的同時，一定要補充最新的相關內容，將新型的光電檢測器件、新型的光電測試技術和手段、各種光電檢測器件的最新進展和應用等最新相關科研成果融合在教學過程之中，不斷進行教學內容的完善和改進，有效的引導學生了解最新的、最先進的科學內容。比如在中國第一個目標飛行器和空間實驗室——天宮一號與神舟十號飛船實現對接時，激勵學生關注其中所采用的最新光電測試技術。

以上的內容是書本教材所無法包括的，所以我們要結合時代科技的進步，與時俱進，不斷深化教學內容，注意學校的行業特色，關注火電廠及電力設備等的光電測試技術，對于教材上沒有提到的但是有益的內容，一定要在課堂上提出，或者給出相關概念引導學生自己查找所需資料，不斷的通過自制多媒體課件、課外資料等來添加教學內容，給《光電測試技術》注入新的血液，來激發學生的學習興趣。

二、 精心組織教學內容

上海電力學院將該課程核定為32學時，在短課時內，面對如此多的教學內容，需要根據本專業的特點精心組織安排，否則會使得內容雜亂無章，缺少完整性和系統性，讓學生無所適從。

（一）課程認識和章節聯系

首先講解課程的主要內容、結構和各章節的之間的聯系，讓學生對該課程有一個整體性的認識，然后具體到每一個章節。在開始學習前都列出教學要求，學完一章后都有復結，讓學生清楚自己應該達到的標準，也方便期末考試。第一部分光電測試技術的理論基礎是最基礎的內容，尤其是我校未開設《物理光學》《應用光學》等相關課程，學生只是在《大學物理》中接觸過有關光的知識，這部分必須詳細講解。第二部分是常用的光輻射光源，只有這一章是講如何產生光信號的，其中光電測試用主要的光源發光二極管和半導體激光器都是從電信號轉換成光信號，正好與第三部分光電檢測器件是如何進行將光信號轉換成電信號相對應，可以讓學生更換地理解光電轉換。第三部分是各種光電檢測器件的結構原理及應用，要結合它們各自典型的應用系統的分析和設計，使學生對整個知識體系有個更全面、更深刻的理解。

（二）注意知識點的聯會貫通

光電測試技術涉及光、機、電、自動控制等許多領域。如在講到光電器件和集成運算放大器連接時，模擬電子技術中運算放大器的三大特點：“虛短”“虛斷”和“虛地”，如何運用它們來完成電壓放大、電流放大和阻抗變換，而這牽涉深度負反饋的概念，又與自動控制相關。所以在教授新課程的時候，不斷地回顧先前學習過的課程，可以較好地調動學生的參與積極性，不會覺得什么都是新的，都要從頭開始學，能夠溫故知新。

（三）重視實踐教學

《光電測試技術》又是一門實踐性很強的學科，我們積極鼓勵學生參加大學生科技創新活動，堅持課堂教學與課外創新實踐活動相結合，提高學生的設計與綜合分析能力。

例如講解光敏電阻后，先采用浙江英聯科技開發有限公司的YL系列傳感器實驗儀及系統實驗臺開設光敏電阻的特性測試實驗，讓學生先了解光敏電阻的光電特性、伏安特性和光譜響應特性，對書本知識深入掌握后，再鼓勵學生從光敏電阻特點出發自己設計路燈自動點熄電路，通過查找閱讀資料并與實際應用電路比較，能否進一步改進，使其更加智能化、自動化等，最后以小論文的形式提交。這樣不僅加深了學生對基礎知識的理解，拓寬了知識面，更是鍛煉了學生獨立思考和自主創新的能力。

在教學過程中，注意提出在日常生活中的一些光電檢測系統應用實例，可以提高學生學習的熱情。如講到光電開關，就會提到在洗手時，是如何實現手到水出的？除了光電開關外，還有什么器件能夠達到這種效果的？熱釋電器件可不可以？

三、結論

對《光電測試技術》的教學內容進行了探討，通過合理選擇教學內容、注重結合我校電力特色、重視實踐教學，將學生獨立思考能力、動手能力和創新能力的培養融合到專業課教學中，培養適應21世紀全面發展的高素質人才。

篇（6）

中圖分類號： TN 911.74文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009

引言

隨著科技的發展，安全防范的重要性越顯突出。一些重要的保密部門、軍事要地、銀行、機場等對大范圍、長距離、高可靠性的安防技術的需求越來越顯著。目前，已有大量的光纖傳感技術應用于安防系統，其特點是抗干擾性強、可靠性高，隱蔽性好、可防探測，易于安裝和維護[12]。

在實際應用中，常常會遇到需要對多個對象進行監測，而一個被監測對象需要對應一套光纖傳感結構，這不僅大大提高了整個監測系統的成本，而且系統的復雜程度也逐級上升，給維護也帶來了很大的困難[3]。為了解決上述問題，通常采用復用的方法，來達到簡化系統，降低成本，易于維護的目的。

1背景技術

在光纖傳感所采用的復用技術中，相位載波復用是較常采用的技術，即通過相位載波復用，使不同的感應單元復用共同的光源、光纖光路以及光電探測器等。這種復用方法，如文獻[45]所描述，通過對不同的感應單元施以不同頻率的相位載波進行調制，每個載波頻率對應于一個感應單元，各感應單元產生的干涉信號被共同的光電探測器檢測。為了實現復用與解復用的目的，上述的相位載波復用技術一般具有以下特征：

（1）為了使復用的信號不發生混疊，相鄰載波頻率之間的頻率差必須大于外界擾動引起的信號基波頻率上限的兩倍；

（2）對于光電探測器后的信號，通過信號處理技術，采用載波基波或諧波作為參考信號，對載波基波或諧波邊帶信號進行處理，以達到將干涉信號解調出來的目的。

在該技術中，由于對相鄰頻率的間隔要求，同時為了使不同載波的基波、諧波頻率不發生混疊，使得調制頻率的選擇受到較多限制，由此會影響到實際復用的數量；同時，為了使復用的數量足夠大，對調制器件的工作點要求可能會很分散，并要求調制器件具有高的工作頻率，這不利于實際應用。在信號的解調中，如引入信號處理技術，會增加信號處理部分的技術難度和技術復雜性，并大大提高后端的開發成本和設備成本。

在光纖傳感系統的許多實際應用場合，兩個事件完全同時發生的概率很小，即兩個感應單元同時感應到信號的可能性很小。針對這種情況，本文提出一種新型的基于相位載波復用技術的光纖傳感復用方法。在光纖干涉系統中，對感應外界擾動的不同感應光纖單元產生的干涉信號，用不同頻率的載波進行調制，相鄰載波頻率之間的頻率差無需大于外界擾動引起的信號基波頻率上限的兩倍，各光纖感應單元形成的信號被共同的光電探測器檢測后，利用信號基波來分析擾動信號的物理量，并利用載波基波或諧波的邊帶判斷感應擾動信號的光纖。

由于每次擾動事件只發生在一個感應單元，即只有一個感應單元感應到擾動信號，設該單元為第i個感應單元，從式（4）可以看出，調制頻率fmj（j≠i）的基波和諧波將不會出現邊帶，而調制頻率fmi的基波和諧波則出現邊帶，根據這一特點即可判斷感應擾動的感應單元。由于僅需觀察是否出現邊帶，僅需相鄰的調制頻率有一定的間隔，不影響邊帶判斷即可，不需要傳統的相位載波復用方案那樣要求具有兩倍于基波最大頻率的要求。圖1為i單元發生擾動時的頻譜示示意，在該圖中，載波頻率fmi出現了明顯的邊帶，說明感應信號來自于感應單元i。對于出現邊帶的載波頻率的確定，利用一些便捷的分析手段，例如邊帶的能量、譜線的對稱性等，即可實現；信號基波則可用來恢復干涉信號。

由于僅用信號基波來恢復干涉信號信息，無需像傳統相位載波復用那樣用載波基波或諧波作為參考信號來解調干涉信號，相應的信號處理手段簡單，由于這個特點，也可以很方便地應用于施加載波的調制端遠離解調端的情況下（例如圖3的結構中），而無需將調制信號引回解調端或在解調端恢復出解調所用的參考信號。

3數據分析

本文采用的是圖2的結構。所使用的第一耦合器1為3×3均分耦合器，第二耦合器2為2×2耦合器，有2個復用的感應單元：4（1）、4（2），使用的是光纜中的一芯，相應的光纜長度分別為21 km、14 km。光源為中國電子科技集團公司第44所生產的SO3B型超輻射發光管（SLD）型穩定光源。光纖延遲器3使用的是美國 “康寧”生產的G652型單模光纖，光電檢測裝置8中使用的光電探測器為中國電子科技集團公司第44所生產的型號為GT322C500的InGaAs光電探測器。使用的相位調制器是將光纖繞在壓電陶瓷上制作而成。經測試，信號基波的最高頻率小于80 kHz，施加在相位調制器7（1）、7（2）上的頻率分別為100 kHz、110 kHz。低通濾波器9的帶寬為80 kHz，從光電檢測裝置8輸出的信號經低通濾波器輸出的信號，經信號采集卡采樣后，進行擾動位置以及擾動性質的判斷。同時，對光電檢測裝置8輸出的信號進行采樣，對載波基波的邊帶，即頻率100 kHz、110 kHz的邊帶進行分析，即可判斷擾動來自那根感應光纖。系統中所使用的采集卡為NI公司產品。

當敲擊加有100 kHz載波頻率的傳感光纖時，所得到的的信號依次如下，圖4（a）為加載波后信號波形。圖4（b）為其頻譜圖，可以看到，100 kHz左右的邊帶有信號，而110 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號是加在100 kHz所在的傳感光纖上的。圖4（c）為經過80 kHz低通濾波器后得到的振動信號。

當敲擊加有110 kHz載波頻率的傳感光纖時，所得到的信號依次如下，圖5（a）為加載波后信號波形。圖5（b）為其頻譜圖，可以看到，110 kHz左右的邊帶有信號，而100 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號是加在110 kHz所在的傳感光纖上的。圖5（c）為經過80 kHz低通濾波器后得到的振動信號。

由以上數據分析可以看出，可以用載波基波或諧波的邊帶來判斷信號發生的感應單元，可以通過低通濾波器解調出相應的線路上的信號。

4結論

本論文使用載波基波或諧波的邊帶來判斷信號發生的感應單元，這種判斷方法簡單易行，系統結構簡化。本方法的另一優點是相鄰載波的頻率差無需大于信號基波的頻率上限的兩倍，這方便了載波頻率的選取以及相位調制器件的選擇，也使得復用單元的數量更大。

參考文獻：

[1]JUAREZ J C，MAIER E W，CHOI K N，et al.Distributed fiber optic intrusion sensor system[J].Lightwave Technology，2005，23（6）：20812087.

[2]潘岳，王健.雙馬赫曾德爾型干涉儀定位技術研究[J].光學儀器，2012，34（3）：5459.

[3]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].Proc SPIE，1992，1797：76108.

篇（7）

一、引言

國內智能化配電網試點工程建設已在不斷擴大，取得很好示范效應，但在實際運用中出現重科技創新輕應用管理的問題，不能發揮應有的作用。配電網管理的基礎設備是智能開關，事關配電網科技創新的實際效果。

二、配網中的智能開關

（1）智能開關的定義與發展。智能開關是指一次設備是由非常規互感器、隔離開關、接地開關、斷路器組成，二次設備是由電力電子技術、數字化控制裝置和通訊接口組成執行單元，一二次集成的開關設備。實現保護、控制、通訊功能，能獨立執行當地功能，自動檢測設備缺陷和故障，具有遠程管理模式。初級智能開關是戶外型可視化微機保護裝置的一體化帶通訊功能的集成柱上開關或開關箱。發展趨勢是插接式開關系統（PASS）：PASS采用智能化傳感器技術和微處理技術，通過數字通信實現對設備的在線監測、診斷、過程監視和站內計算機監控；通過智能軟件分析可確定出設備的運行狀況；PASS中安裝了電子式互感器；通過高速現場總線傳送數字化的電流電壓信號。（2）配網中智能開關的選擇、規劃設計與安裝調試。配網開關的選擇需滿足常規斷路器所要求的分閘時間、絕緣耐壓、動熱穩定性需要。控制裝置要實現不間斷供電電源。要通過全密封防水型航空接插件和戶外密封電纜進行電氣連接。開關的智能化與傳感技術是分不開的，要提高智能化開關的可靠性、檢測精度，需采用光電傳感器、在線位移傳感器、角度傳感器、新型光纖溫度傳感器、SF6壓力傳感器及檢測真空度的傳感技術。配網開關規劃設計方面將技術先進和經濟效益相結合，線路開關數量適當：線路長、故障多的增加開關數量要適當。輻射型多分支線路中主分支線均要加裝開關，次分支可不加。環網的在主分支兩側都加裝開關，減少停電范圍以及發揮環網作用。智能開關在中壓配電網的安裝采取柱上斷路器和桿下控制箱或者采用電纜開關箱，都要采用防撞、防誤碰（控制箱）、防通訊連接線損傷甚至防盜的措施。編制《10kV柱上智能分段負荷開關成套設備（含控制單元、PT）測試規范》。主要項目有兩類。設備檢測過程中，如出現檢測項目A類任一小項不通過，則認定該設備不能通過檢測。檢測項目B類按實際檢測結果評分。A類是相間短路故障隔離、單相接地故障隔離、聯絡開關轉供電、后備電源及工程配置能力；B類是通信協議一致性測試、電磁兼容及耐壓、就地操作、結構及配置檢查、成套設備運維安全防護。（3）配網中智能開關保護定值管理。第一，開關保護定值預期效果。故障區域自動隔離。當支線發生單相接地、相間短路故障時，根據電流保護階梯式保護時限和過流三段反時限特性，以及零序電流的變化，智能開關先于變電站出線保護開關跳閘，自動隔離故障線路，變電站出線、干線分段開關及其它分支線路開關不因故障發生而跳閘引起停電。干線故障時，也不會引起變電站跳閘和上一級干線分段開關跳閘。環網線路根據環網方法不同，進行調整?？焖倩謴头枪收蠀^域供電。在輻射型配電網絡中，若分支線路保護越級引起干線跳閘，或干線越級導致前一級干線跳閘，則可通過檢壓重合閘方式，延時和次數的不同進行自愈。達到主干線先重合，合閘閉鎖，成功后分支開關檢有壓而合閘，若故障則分閘閉鎖的效果。第二，開關保護定值的設定原則。一是主干分段開關采用階梯式電流保護。從時間上、電流值上配合。主干斷路器3～5個較宜，開關時間值調整一致（多分段開關時局部幾個開關合一設定）或級差調整為大于等于150ms。二是分支線路配合前一級分段開關的定值，電流值的設定可根據負荷情況按照躲過負荷啟動電流和兩相末端短路值來設定，過流時間上等于或小于分段開關值，速斷要小于分段開關值。三是計算出來的定值要保證低于變電站出線開關的定值。四是要根據配網管理系統的潮流以及負荷分布進行實時調整。（4）配網中智能開關通訊管理。目前逐步推廣應用的通訊通道的最佳方式是主站（子站）采用標準的以太網通信設備，主站（子站）與站端（FTU/DTU）的通信使用較多的是光纖自愈環網和光纖以太網方式。由于架空線路覆蓋范圍廣闊，目前多采用GPRS/CDMA通訊。FTU/DTU通過GPRS通信模塊和配網管理系統主站系統構成虛擬專用網。

三、結語

衡量智能開關管理與應用水平，主要看經濟效益、安全生產、客戶服務、管理水平等方面。智能開關將全面代替其它配網開關，成為配電網管理的重要基礎。

篇（8）

中圖分類號：B83文獻標識碼： A

經濟的快速增長，人民生活水平的不斷提高，在推動建筑行業的發展的同時，也對其發展提出了更高的標準。目前在我國大型建筑物日益重要，像高層建筑、大型水壩、地下工程等都需要有一個高強度的骨架作為支撐，才能使建筑物的安全性、實用性得到保障，此時智能土木結構應運而生，并擔當了“土木工程界的知識經濟”?，F今，智能土木結構在現代建筑中發揮重要作用的同時，也開辟了土木工程快速發展的新天地。

一、智能結構簡介

在社會高速發展的信息時代，土木工程師把視野轉入信息材料上，開始了將傳感器、驅動材料應用于建筑結構中的探索，以求建筑結構本身穩固性的同時，還能對建筑結構內部進行及時的感知，使人們能及時對建筑物的安全性與穩固性做出更確切的分析，從而做出對該建筑物是維修還是報廢的判斷，這也是人們對智能結構最初的嘗試。現在書籍中對智能結構進行了定義，是指在基體材料中融入具有仿生功能的材料，是最終的材料或者構件滿足人們對其智能化的需要，這種結構就是智能結構。智能土木結構按其材料可分嵌入式智能土木結構和基體、智能材料耦合結構兩種類型?，F在建筑工程對智能架構的應用是十分廣泛的，建筑結構中安裝使用智能結構，使建筑物能準確應對外界環境的變化并對自身作出及時的內部調整，特別在遭遇強風或地震時，智能結構對整個建筑物尤其重要。在地震幅度不是很明顯時智能結構實現結構控制一體化的優勢更能充分發揮其作用，此外，智能結構對提高建筑結構的抗震性也發揮著很重要的作用，智能結構在建筑領域的應用對建筑設計、建筑施工及建筑檢測都起著至關重要的作用，智能土木結構保障建筑物的穩固的同時，也保證了人民的生命財產安全。

二、智能結構應用現狀

智能建筑與我國可持續發展觀中生態和諧理念高度契合，所以和其他國家相比，目前我國智能建筑主要功能更加凸顯了環保、節約、可持續發展利用等特點，在運用智能化結構對建筑結構進行設計時更加注重節能減排以及高效低碳能否實現。智能建筑隨著經濟的發展已經成為未來建筑的主要發展趨勢，智能結構作為智能建筑的重要支撐在建筑智能化發展中被廣泛應用，智能結構與傳統的建筑結構有著密切的聯系，智能土木結構以傳統結構為基礎，并以此為依據對傳統結構做了改進，因此對智能結構的應用離不開對傳統結構的理解與掌握。目前，建筑工程中對智能結構的研究有建筑結構的檢測與監控、建筑結構抗震抗風降噪的自控制等，利用智能結構使建筑設備自動化、辦公化，最終實現建筑物全面的擬智能生命化也是今后智能結構在建筑領域的發展方向。

（一）智能傳感元件的應用

土木工程中對建筑物健康檢測時常將傳感元件埋入或粘貼在建筑結構中，在保證檢測結果的準確性的同時，對建筑物的安全性與穩固性作出更確切的評價，得到最精準的數據，從而決定建筑物是維修還是報廢。對于重大土木工程建筑結構，由于修建時間較長，設備一般比較陳舊，傳統的傳感器不能適應此種建筑物的內部環境，這時就需要采用性能較高傳感器對其進行結構及健康的監測。利用光纖、智能材料等制成的傳感器的應用在土木工程發展史上具有劃時代的意義，開辟了土木工程發展史的新篇章。

（二）建筑工程的健康檢測

智能結構在建筑工程結構損傷及健康檢測方面也發揮著重要作用。在土木工程中對建筑物檢測通常采用目測法，此外還常利用超聲波、聲發射、x 射線等技術進行無損檢測，利用這種方法檢測是有很多弊端的，如建筑物內部結構的破損情況、建筑物的實時動態等都不能準確的被監測，不能滿足人們了解建筑物整體狀況的需求，檢測結果往往會失真、檢測效率也低，甚至會出現完全錯誤的檢測結果?，F在利用光導纖維、壓電材料、半導體材料等制成的檢測器材，在建筑物內部的傳感器能及時感知建筑物自身狀況，檢測損傷并根據建筑結構損壞過程進行損傷定位，例如建筑物發生損傷，內部出現裂紋，裂紋在外界作用力作用下損傷力度加大，并以聲速失穩擴展，這些都會被由這些特殊材料制成的傳感元件所感知，使人類能準確及時的了解建筑物內部狀況，及時對建筑物進行整體規劃、采取必要措施避免事故發生。

三、智能結構關鍵問題總結及建議

（一）提高智能傳感技術

傳感元件在建筑工程中的應用離不開純熟的傳感技術，因此提高智能傳感技術勢在必行。從仿生學來看，傳感器相當于建筑物的感覺器官，提高智能傳感技術必須增強傳感技術的系統性，提高傳感器感知、處理與識別能力，在此基礎上提高傳感系統的可靠性和靈敏度實現傳感技術的智能化。在建筑工程中要求傳感元件不影響建筑物的結構外形，與建筑材料具有很好的相容性，使對建筑結構的強度影響降到最低，此外還應具有對信號的抗干擾能力，在此基礎上對建筑物的整體狀況能準確感知。

（二）提高智能傳感技術

智能結構系統中主要有傳感元件、驅動元件及乙級控制元件，它們在對整個建筑物內部損傷情況進行定位時常會有一個計算的過程，在計算過程中常采用小波分析技術、時間有限元模型等對連接網絡、數據總線進行定位，最終使傳感器的信息處理和數據傳輸融合。

（三）發展智能控制集成

智能控制系統相當于人類的中樞神經系統的最高級部分大腦，不僅決定著運動系統、感覺系統的有序運行，還擔負著整個腦神經高級功能的運轉。在土木工程內部安裝智能控制集成系統，能使建筑物在遭遇風暴、強降雨等惡劣自然災害情況下，迅速采取應急措施，使損失降低到最小，因此發展智能控制集成技術也是十分重要的。

（四）發展智能驅動技術

驅動在計算機中的應用十分廣泛，所有的硬件設備都需要安裝相應的驅動程序才能正常工作。智能驅動技術能夠對智能結構的形狀和力學原理加以控制，便于對智能結構的管理與規劃。驅動相當于一個入口，只有通過這個入口操作系統才能實現對整個部件的控制，在土木工程中驅動技術發揮著不可小覷的作用，發展智能的驅動技術，才能實現建筑物整體的控制，才能使建筑物的性能更加穩固。在建筑工程中要求所使用的驅動系統材料自身機械性能要高，保障其具有很強的抗沖擊性；再次，驅動材料與建筑材料本身要有很好的兼容性；最后，還應提高驅動速度，便于及時掌握建筑物的狀況。

四、結束語

我國建筑業產值的持續增長推動了建筑智能化行業的發展，目前我國處于智能建筑行業的快速發展期?？茖W技術的不斷進步，經濟水平的不斷提高，人們對建筑安全性、舒適性、便利性等有了更高層次的要求，者為智能建筑的發展提供契機的同時，也給智能建筑的發展提出了新的挑戰。

土木工程智能建筑結構作為智能建筑的靈魂與支撐，在未來智能建筑的發展中不可或缺，因此，我們在今后智能結構的發展道路上必須用發展的眼光、科學的手段，與時俱進，開拓創新。

參考文獻：

[1]李沁羽. 智能土木建筑技術的發展與應用[J]. 科技創新導報，2013，（19）.

篇（9）

能預報還是不能預報？

1997年，美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的4名學者聯名在《科學》雜志發表了《地震無法被預測》的論文。論文作者指出，在經歷了近30年的精心研究地震預報后，他們發現，地震是無法預報的，從事這方面的研究工作也是毫無希望的。

如果說，這篇論文的觀點還只是學術界內部探討的話題和爭論，到了2008年，美國地質勘探局（USGS）對此問題的一項正式表態，就把地震不能預報的結論擴展到了社會和公眾層面。

美國地質勘探局稱，無論是美國地質調查局還是美國加州理工學院或者任何其他科學機構，都沒有預報過一次大地震。在可預見的未來他們不知道如何預報地震，并且也不打算知道。不過，借助科學數據，科學家可以計算出未來將發生地震的可能性。比如，科學家預測在未來30年內，舊金山灣區發生一次重大地震的概率為67%，而南加利福尼亞的概率是60%。所以，美國地質勘探局致力于通過提高基礎設施的安全等級來長期減弱地震的危害性，而不是把精力放在研究短期預報上。

正因為如此，美國沒有設立專門的地震局，政府負責地震預報預測研究工作的部門主要是美國地質勘探局。除了地震之外，他們還對龍卷風、熱颶風、火山爆發等自然災害進行研究。

盡管地震尚不可預報是美國主流科學界的觀點，也得到世界大多數國家，包括中國一些科學家的認同，不過，并不意味著所有科學家都認同這種觀點。中國老一輩地質科學家，如李四光認為地震可以預報（據說1971年李四光臨終前遺憾地說，再給他半年，可能解決地震預報問題）。

事實上，中國曾經成功預報過一次大地震，即1975年2月4日發生在海城的7.3級強烈地震。這次地震是在地震部門預報兩個半小時后發生的。由于預報準確，人們撤離及時，海城地震極大減少了死亡人數。我國未實現預報的7級以上大地震，如邢臺地震、通海地震、唐山地震的人員傷亡率分別為14%、13%、18.4%。按這三次地震的人員傷亡率平均值估算，海城地震人員傷亡將達15萬，死亡可達5萬以上。但由于成功了短臨預報，海城總共傷亡18308人，死亡328人。

從這個事實出發，有人認為地震是可以預報的。

客觀上有很多難以克服的障礙

中國海城地震預報是得到國際上承認的唯一一次成功的短臨預報。但是，就在人們以為海城地震預報模式可以推廣之時，1976年的唐山大地震卻沒有預報成功，這是因為地震的成因、發生機理和觸發條件等非常復雜多變。所以，《美國地震協會公告》曾評價說，“海城地震的預測，是結合了經驗主義分析、直覺判斷和好運氣，這是預測地震的一次嘗試?！?/p>

地震的難以預報體現在許多方面，主要有幾點。首先是，地球內部的情況難以知曉。地震多數發生在地下15公里以下的地殼里，這次的蘆山地震也是發生在離地表16公里處。目前人類對于地殼的研究只能通過鉆機鉆至地下12公里，遠遠做不到直接觀察到地震孕育發生的全過程，只能在地表憑借有限的儀器設備捕捉地殼內部結構和狀態變化的間接信息。其次，人類對地質觀察的知識和數據積累并不全面和系統，人類掌握的地震記錄和數據并不多。第三，人類對地球構造運動的理論還不成熟，認識才剛剛開始。即便有一些經驗和知識，也是此一時的知識和經驗，不能用于彼時，如海城的經驗無法用于唐山地震，也不可能完全應用于今天的汶川和蘆山地震。地質研究人員認為，從地質學的角度考慮，作為一種地質現象，地震發生前一定會有許多前兆，對地震前兆掌握得不夠多、不夠準，是目前我們無法預報地震的核心問題。

現在不能預報，將來能預報嗎？

中國有一些研究人員認為，對于地震來講，現在不可知是正確的。未來不可知，那就是錯誤的。未來有多遠，則要看研究人員的探索。

自1966年邢臺地震以來，中國已在70多次中強以上地震前記錄到1000多條地震前兆異常，可歸為10大類，即地震學、地殼形變、重力地磁、地電、水文地球化學、地下流體（水、汽、氣、油）動態、應力應變、氣象異常以及宏觀前兆現象。

而近幾年，專業人員提出了一些新的監測地震的技術和方法，如光纖傳感技術、電磁波、次聲波、地應力、大地微動等。

比如，光纖傳感器可埋入溫度高達250℃以上的地層深處，可用于檢測地震波、地質板塊內部應力、溫度、位移和傾斜、地下流體壓力、地下磁場等地下物理量的動態變化。一旦在地震帶附近建立起永久的可以監測地震的光纖傳感器網絡，就可以及時地監測地下的異常情況，對可能發生的地震發出預報或預警。

以往大量的地震都發現，震前電磁前兆是客觀存在的。當然，電磁波前兆變化復雜，不同地震前地磁波異常有差異性，使人們目前對電磁前兆現象的物理解釋仍無統一定論，但通過長期的實際觀測，研究人員在資料分析、信息識別和提取方面也取得了一些認識，認為電磁前兆對預測地震，特別是短臨預測有一定的意義。

地震預報未來是否能有突破，誰也沒有答案。但是正如法布爾所說：不管我們的照明燈燭把光線投射多遠，照明圈外依然死死圍擋著黑暗。就讓我們從一個點到另一個點移動我們的提燈吧。隨著一小片一小片的面目被認識清楚，人們最終也許能將整個畫面的某個局部拼制出來。

延伸閱讀

地震不能預報但能預警

雖然目前地震預報被視為是不可能的，但是地震預警則是可能的。地震預報與預警的區別在于，前者是地震未發生前進行的預測，后者是在地震發生后的預警。

現在，中國、墨西哥和日本等一些國家都能對地震進行預警。地震發生時，一般是破壞力較小但速度較快的地震縱波先活動，接著就是破壞力大但速度慢的地震橫波活動?？v波的傳播速度大約6公里/秒，但震動相對較??；橫波傳播速度大約4公里/秒，但破壞力大，是大地震時的主要殺手。利用震中附近監測儀器捕捉到地震縱波后，快速估算地震參數并預測地震對周邊地區的影響，搶在破壞性橫波到達震中周邊地區之前，通過通訊和媒體預測地震強度和到達時間的預警信息，人們可以得到幾秒到十幾秒的寶貴逃生時間，可減輕人員傷亡和災害損失。

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