Application of Fiber Optic Sensor Technology in Intelligent Steel Strand

A twisted fiber optic sensor based on intensity modulation is described. The principle and structure of the sensor and the choice of steel strand modules are introduced. The sensor is used to determine the tensile strain and distribution. The experimental results show that the change of the transferring light power has an approximate linear relation with the outer force. The intelligent steel strands with this kind of sensor will have a good application in monitoring the concrete crack and deformation distribution in huge structures such as dams and bridges.

纺织科技发展前沿

随着科学技术的创新和进步,纺织行业不断迭代升级。前沿技术的跨界与融合,在理论、应用领域不断推动纺织科技取得重大进步与突破。通过介绍先进技术在纺织纤维材料、纺织智能制造、纺织绿色加工和先进纺织品领域的应用,综述了纺织行业从纤维到制造,再到后道加工和应用的全流程研究进展,总结了纺织纤维先进制备技术、计算机数字化技术在纺织制造领域的应用,和以环保为核心的纺织绿色加工技术、高科技纺织品在各大产业的应用。随着科技的进一步革新以及对绿色纺织品的更高要求,以高效化、数字化、智能化、绿色化为导向的多元发展仍是纺织技术革命的方向。

基于CiteSpace的智能纺织服装产品研究进展

为揭示智能纺织服装的研究现状、热点和趋势,以CNKI数据库和WOS数据库中2012—2022年的相关文献为研究对象,采用CiteSpace可视化分析软件绘制知识图谱,分析智能纺织服装产品在国家、机构、作者方面的分布现状及合作情况,对研究热点和前沿趋势进行梳理。结果表明,2012—2022年,CNKI数据库发文量稳步上升,WOS数据库发文量快速增长且中国学者发文量较多;CNKI数据库研究合作强度较低且以东华大学和江南大学为主体;WOS数据库合作关系密切,研究集中度和合作强度大;CNKI数据库研究方向更注重应用和设计模式,WOS数据库则更注重电子元件制造和智能纤维与面料的开发;健康检测、变色肌理、仿生设计、生物材料、可穿戴应变等是目前智能纺织服装领域的前沿热点,电子元件制造、智能纤维及面料智能化研究是未来智能纺织服装领域研究的热点及趋势。

基于光纤传感航天器神经网络与数字孪生研究

文中设计了一种掺杂Al_(2)O_(3)、Y_(2)O_(3)、P_(2)O_(5)的新型石英光纤,制作的光纤成品纤芯折射率类线性分布。通过飞秒激光直写技术,在光纤上刻写出光纤Bragg光栅,制作出光栅串。将多根光栅串布设在航天器卫星模型上,形成航天器智能蒙皮,用于感知卫星结构损伤状态。基于上述测量数据,使用unity3D软件开发航天器的3D模型及相匹配的python程序对数据进行处理,实现航天器的数字孪生和状态感知。进一步通过模型建立和BP神经网络算法对传感数据进行感知训练,模型对撞击信号的预测准确率高达90%。

基于纸张纤维特征的纸页抗张强度智能模拟及预测研究

对纸页抗张强度进行智能模拟,有助于更好地对某种纸页的性能进行分析甚至预测。基于此,针对现有纸页抗张强度模拟方法的缺陷进行总结,认为现有典型Page分析模型存在客观性分析不足等问题,结合偏最小二乘法、支持向量机等构建了一种基于造纸纤维特性的纸页抗张强度智能模拟模型,借助该模型对某种典型纸页的性能进行模拟分析。测试结果表明:该模型能够高效、准确地对纸页抗张强度进行预测,与传统模型相比具有更强的实用性。

分形激光精密控制研究综述

介绍了单通光纤中的孤子分形、矢量孤子碰撞中的分形、自旋波孤子中的分形、呼吸子激光中的分形等激光器中存在的典型分形结构及相关调控方法,阐述了锁模激光器中分形激光频谱密度高、调谐精度高、能够实现高分辨力飞秒光纤光梳等特点。探讨了提升飞秒光纤光梳分辨力的问题,指出利用呼吸子激光中的魔鬼阶梯和法里树分形结构,结合智能调谐手段可提升飞秒光纤光梳的探测分辨力。展望了呼吸子分形光梳在分子光谱、任意光波合成等领域的发展方向,指出未来通过发展光频域高精度锁定技术、时频相位全息跟踪探测技术、分形频谱关联与相噪分析技术,并优化理论模型,有望进一步抑制光梳的噪声,并突破谱密度极限。

桥梁缆索智能监测多参量光纤传感器及其封装保护技术

本文介绍了一种可直接植入缆索结构内部,实现缆索温度、湿度和应变多参量同步监测的新型光纤传感器。采用飞秒光纤光栅无损刻写技术制作缆索监测传感光纤,大幅提升了传感器耐久性。研发了基于聚酰亚胺套管的增敏型湿度传感器,大幅提升传感器测量灵敏度。提出了基于螺旋铠装+不锈钢套管的双层光纤传感器封装保护方案。研究了传感光纤从缆索锚头区域引出工艺,并开展了缆索试验研究,验证了本文研发的缆索监测多参量光纤传感器在实际缆索样品应用中的效果。

人工智能时代下纤维艺术的发展研究——以拼布艺术为例

在当今时代,人工智能艺术创作已形成一股不可阻挡的潮流。尽管人工智能在艺术创作领域的应用已相当广泛,但其在传统纤维艺术领域的应用仍显不足。作为传统纤维艺术的重要组成部分,拼布艺术应积极应对这一挑战,以顺应时代发展趋势。在此背景下,艺术家与人工智能的合作成为一种有益的探索。这种合作能充分发挥两者的优势,两者互补,达到保护和传承传统纤维艺术的目的,抛砖引玉,为传统文化发展道路提供更多的选择。基于此,文章以拼布艺术为例,研究了人工智能时代下纤维艺术的发展情况。

导电纤维的发展现状及应用

作为功能性导电材料的一种,从基础的抗静电、防辐射产品的开发应用到如今各类层出不穷的穿戴式柔性传感器件、智能纺织品的问世,导电纤维在科学发展至今愈发凸显出不可或缺的重要性。结合Citespace软件从知识图谱的角度和主观文献分析角度梳理了导电纤维的发展及应用现状,并对导电纤维领域的研究热点与发展趋势进行了总结,可以为导电纤维的发展指明方向,同时为导电纤维的应用提供支撑。

单电极电致发光纤维的连续制备及其可视化液体传感应用

随着柔性电子产品、智能传感器、智能穿戴等领域的兴起,柔性电致发光器件得到了蓬勃的发展。柔性电致发光纤维以其便携性、柔软性及可编织性,为可视化传感领域带来了巨大的发展潜力。但受限于其大多为双电极结构,制备工艺复杂,使其在成本、器件均匀性、灵敏性及柔软性方面仍存在不足。本文开发了一种单电极电致发光纤维,通过简单、可扩展和低成本的制造工艺,实现了电致发光纤维的连续制备。且通过无线驱动的方式实现了电致发光,单电极纤维接受无线电场能量,通过接地线与大地、无线发射源形成闭合回路,从而消除了对外部电源的依赖。单电极电致发光纤维由导电层、介质层和发光层构成,发光波长为456 nm,具有良好的力学性能、发光性能及柔软性。单电极电致发光纤维可应用于溶液的可视化传感,其发光强度对于氯化钠浓度的识别度可达到0.001%(质量分数),具有出色的灵敏度,在汗液检测及生物等方面具有重要意义。发光纤维可进一步编织成发光织物,其透气性及力学方面均与普通的商用面料相媲美,并可实现不同浓度氯化钠的可视化传感。在可穿戴设备领域,无线驱动的单电极电致发光纤维具有实现视觉显示和通信功能的巨大潜力。

超100 Gbit/s光纤无线融合传输技术进展(特邀)

光纤通信与大容量高频无线通信深度融合是未来第六代移动通信(6G)的核心技术底座,对于构建“沉浸式通信、泛在连接、通信人工智能(AI)一体化”等6G典型场景具有重要意义。文章梳理了优化光纤无线融合传输系统架构和提升频谱效率的主流技术及其实现方案,对研发团队在这些方面取得的部分进展进行了总结。首先,面向新一代沉浸式通信的大容量需求,借助商用数字相干光模块(DCO),提出了一种“光纤-无线-光纤”一体融合传输系统新型架构,率先完成了光子太赫兹100/200/400 GbE实时无线传输通信实验,最高实现了2×240.558 Gbit/s的线路速率;其次,面向覆盖范围广和灵活部署的应用场景,将数字副载波复用(DSCM)技术引入光纤无线融合接入系统,文章设计并搭建出同时支持最多32路固定宽带接入和32路W波段毫米波无线接入的点对多点(P2MP)100 Gbit/s相干无源光网络(PON),能够灵活调整速率且便于后续迭代升级;最后,面向通信AI一体化需求,提出了一种基于似然感知的矢量量化(VQ)变分自编码器(VAE),基于AI技术对光纤无线融合通信系统进行端到端优化,在无需太赫兹功率放大器的情况下,成功演示了净速率为366.4 Gbit/s的双偏振(DP)2×2多输入多输出(MIMO)太赫兹信号6.5 m无线传输和20 km标准单模光纤(SSMF)传输。上述技术在未来6G典型场景中具有巨大的应用潜力,此外,文章还从大容量、长距离、集成化和智能化等方向对超100 Gbit/s光纤无线融合传输技术进行了展望。

预应力SCFRP板智能锚固装置在混凝土梁加固中的应用试验研究

提出一种将光纤光栅耦合进张拉螺杆内部,制成智能型锚固装置的方法,并使用预应力加筋碳纤维板智能锚固装置加固混凝土梁。耦合进张拉螺杆内的光纤光栅其感知性能与裸光纤基本一致,线性重复率可达95%,具有良好的重复性和稳定性,满足土木工程运用的需求。通过预应力加筋碳纤维板智能锚固装置加固混凝土梁可知,预应力加筋碳纤维板智能锚固装置加固混凝土梁时,其应变与钢筋应变是协调且同步的,且张拉螺杆应变与碳纤维板应变之间误差在0.3%,为同类型构件健康监测的研发提供设计方法和理论基础。

基于自感知纤维增强复合材料锚杆的隧道围岩松动圈识别

隧道围岩变形和松动圈厚度是隧道结构设计的重要考虑因素和安全运营的重要参考依据,现有的松动圈识别方法和隧道围岩变形测量手段多停留在检测层面,缺乏长期实时监测方法.为此,研发内嵌光纤的自感知纤维增强复合材料(FRP)锚杆,提出基于内嵌光纤自感知FRP锚杆的隧道围岩智能监测系统,可以实现对围岩变形立体化、全天候的实时监测;结合监测数据与理论分析,提出隧道围岩松动圈的识别方法,并将该智能监测方法应用于广汕高铁陈塘隧道.研究结果表明:自感知FRP锚杆能够精准探知现场施工对围岩变形的影响规律,型钢钢架对隧道围岩的支护作用较为突出;监测数据可以实时反映自感知锚杆的受力规律,从而准确识别隧道不同位置围岩的松动圈厚度;基于自感知FRP锚杆的隧道围岩智能监测系统将在隧道运营过程中持续、实时监测隧道围岩的变形,为隧道全生命周期的结构安全提供高技术保障.

Intelligent textiles make life wirelessly energetic by coupling radiation energy and human

Smart wearable textilesintegrating micro/nano electronics into fibers/garments represent state-of-the-art wearable technology and show great potential applications in healthcare,smart city,intelligent robotics,etc.[1]To this end,wearable nanosensors,logic circuits,electronic skin,flexible batteries,etc.,are incorporated into fabrics to create stretchable and wearable e-textiles.

基于水凝胶溶胀特性的全光纤萨格纳克环pH传感器

根据水凝胶在不同pH溶液中的溶胀程度不同,研制出了一种基于水凝胶溶胀应力的光纤萨格纳克环pH传感器,选择溶胀性能较好的聚丙烯酰胺水凝胶作为传感媒介。在不同pH溶液中,水凝胶溶胀的差异性引起保偏光纤的轴向应力发生变化,使得萨格纳克环的输出光谱发生偏移,通过表征光谱的偏移量实现pH传感。该传感器在pH为2~12的范围内呈线性响应,灵敏度为0.947nm/pH。实验结果表明,该传感器具有良好的鲁棒性、稳定性和重复性。

管道入侵报警和泄漏检测的智能化发展

第三方破坏、自然灾害破坏和管道的老化及腐蚀是天然气长输管道线路日常运行的安全隐患。为保障管道的安全运行,综合应用入侵报警、泄漏检测和其他安防技术,搭建综合智能安防监控平台,分析了几种常用的入侵报警和泄漏检测技术,明确了天然气长输管道行业以光纤传感技术作为入侵报警和泄漏检测系统的发展方向。以阿联酋天然气管网为例,分析了各种技术在特定环境中应用的情况,探讨我国输气管道项目实际应用的问题。入侵报警和泄漏检测在天然气管道上的应用越来越多,需要进一步开放平台接口,接入门禁系统、扩音对讲系统、巡更系统、动力环境监测系统,共同组成多系统融合的综合智能安防监控平台。依托5G网络、人工智能、云计算、大数据、物联网等智能技术的优势,推进管道运营体系改革,实现管道行业由传统运行模式逐步向数字化、智能化发展。

火灾自动报警系统在大型水力发电厂的智慧应用

水布垭电厂原火灾报警系统运行年限超长,存在设备老化损坏、故障频繁、操作困难、进口备件停产、火警误报率高等严重问题。于2021年对厂内火灾报警系统更新改造,在设计优化、设备选型、通信联网、与电厂生产系统的智慧结合等方面做了大量前端的、因地制宜的改进,使系统能够稳定、高效、可靠、智慧管理,为电厂和大电网的稳定运行提供更有力、可靠的安全保障。

碳纤维HP-RTM模压成形智能化生产线及应用

介绍了一种碳纤维HP-RTM模压成形智能化生产线。该生产线由2500t碳纤维HP-RTM成形液压机、温控装备、上下料机械手、输送系统、真空设备和电气联控系统六部分组成,能够实现对汽车碳纤维复合材料制品零件的自动化一体成形。最后介绍了纤维复合材料的超声波焊接工艺及碳纤维复合材料航空电池箱底板的开发及应用。

两种AI测试模型在棉粘胶定量分析中的应用

针对传统纤维含量显微镜测定法存在的弊端,鉴于人工智能在检测领域的应用和发展,建立了两种人工智能(AI)测试模型对棉粘胶在纵向、横截面进行准确识别、分类和定量分析,探讨了制样的因素对两种人工智能测试模型识别的影响,并将人工物理法和AI模型测试结果进行分析比对。结果表明:两种AI模型结果与人工显微镜法的结果基本一致,绝对误差均在2.5%以内;且测试效率高,由人工测试耗时80 min左右降低到AI模型检测的13 min。认为:两种AI测试模型的综合运用可实现棉粘胶混纺纤维的快速、准确定量检测。

显微手术机器人系统在眼底病中的应用现状及进展

眼科手术具有精密性高、操作空间小、学习曲线长等特点,对手术机器人操作系统要求较高。随着机械学、生物力学及计算机学等多学科的发展,显微手术机器人系统在眼科中的应用将越来越广泛,可以解决人手生理性震颤、心理因素波动、长时间手术身体疲劳等生理局限,未来将大大提高眼科手术的成功率。本文就国内外显微手术机器人系统在眼底病手术中的应用和进展做以综述,并对关键技术进行分析。