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异步延迟采样(ADS)
ADS通过加入延迟线对光信号在一个比特周期内进行两次采样,获取信号的相图[10],即二维幅度直方图,并进行传输损伤分析。采用ADS技术的OPM模块结构如图1(a)所示,待测的WDM光信号以带宽为1nm的光带通滤波器(BPF)进行选通,滤除相邻信道光信号功率,但不影响选通信道的被监测光信号的波形状态;光电探测器(PD)输出电信号经带宽为0.8倍信号符号率的低通电滤波器(LPF)消除带外噪声干扰;再进行3dB分路,一路以可调电延迟线(VDL)引入Δt延迟;最后以外部图1ADS原理。(a)ADS光性能监测器结构图;(b)10Gb/sNRZ-OOK半比特ADS示意图Fig.1PrincipleofADS.(a)StructureofthedelaytapsamplingOPMmonitor;(b)halfbitdelaytapsamplingof10Gb/sNRZ-OOK时钟驱动的低采样速率的模数转换器(ADC)对两路电信号进行采样并对采样后数据做进一步处理。以10Gb/sNRZ-OOK信号为例说明半比特ADS原理,如图1(b)所示。其中Tb=100ps为信号比特周期;以可调电延迟线设定3dB分路之后的一路电信号延迟时间为Δt=50ps,即半比特延迟;如采用80MSPS的14-bit分辨率双输入ADC,例如AD9644,进行异步降频采样,则采样周期Ts=12.5ns,Ts与Tb无关,且TsTb;双路ADC的每次采样包含两个采样点E(xi)和E(yi),对应的时间差为Δt,将两路采样点进行幅度值的归一化,之后再以X-Y模式做二维散点图可得ADS相图。在NRZ-OOK半比特ADS相图中,沿45°对角线的两端代表0、1电平的不同组合状态(0,0)和(1,1);其间的过渡点对应眼图中波形的上升和下降沿,沿-45°对角线的最大宽度反映其斜率。ADS相图中包含被测信号相同或相邻比特周期间的过渡态信息,能够反映信号波形受传输损伤影响的状态,可用作OPM。
OPM仿真验证
对光信号速率、码型调制格式透明,并能同时监测多种传输损伤是OPM技术的核心要求。在10Gb/s及更低速率系统中,NRZ-OOK为代表的强度调制直接检测(IM-DD)系统因调制和接收器件简单、成本低而占据主导地位。但在40Gb/s及更高速率的系统中,由于CD和PMD容限的降低和对频谱效率要求的提高,NRZ-OOK调制不再适用于长距离传输。而以相位辅助强度调制,如ODB,也称相位整形二进制传输(PSBT)和相位调制,如RZ-DPSK等为代表的先进调制格式由于损伤阈值高、频谱效率高而受到重视[20]。以上述三种码型调制格式为监测对象,基于OptiSIM4.0商业仿真软件平台构建采用ADS和ANN技术的OPM仿真系统,验证所提出方案的透明性和损伤参数集总监测能力。
110Gb/sNRZ-OOK
10Gb/sNRZ-OOK光性能监测系统如图3(a)所示,1550nm连续光源(CW)经工作于正交传输点的无啁啾马赫-曾德尔调制器(MZM)进行外调制产生NRZ信号,数据源为10Gb/s伪随机二进制序列(PRBS),其序列长度为27-1。级联的掺铒光纤放大器(EDFA)和可调光衰减器(VOA)用于调整系统的OSNR值,通过设置不同单模光纤(SMF)的传输距离和CD、PMD系数来模拟不同程度的CD和DGD传输损伤,入纤光功率保持为0以消除非线性效应影响。包含损伤的光信号一部分经PD光电转换后以示波器(OSC)显示眼图作为参考,另一部分经ADS监测器进行Δt=50ps,即半比特延迟采样和数据采集,最后通过提取相图特征参量对ANN模型进行多损伤监测的训练和测试。光通信性能监测系统图中的细实线代表电路连接,粗实线代表光路,而虚线代表信号数据,下同。NRZ信号在不同损伤条件下的眼图与相图如图3(b)所示,OSNR导致信号1电平和过渡点幅度分布展宽;CD和DGD均导致信号时域展宽,但CD导致信号消光比降低,相图点沿45°对角线外扩,而DGD导致信号波形三角化,相图出现非对称性。根据不同损伤参数特点,提取相图特征参数,其中珡m和σm分别为相图采样点到原点距离的均值和标准差;珋θ为相图采样点角度平均值;Qd=(μ1-μ0)/(σ1+σ0)类似眼图中Q值的定义,以相图中沿45°对角线上采样点区分0、1电平,求其均值和标准差得对角线Q值。以上述4个参数构成如图3(c)所示ANN模型的输入向量,OSNR,CD,DGD参数构成输出向量,MLP-3包含26个隐元,采用拟牛顿(Quasi-Newton)算法作为训练算法,ANN的训练使用张齐军教授开发的NeuroModeler软件包。为了验证ANN模型监测传输损伤的性能,以125组不同损伤条件下相图参数构成训练样本,其中OSNR分别为40,36,32,28,24dB;CD分别为0,200,400,600,800ps/nm;DGD分别为0,12,24,36,48ps,对ANN进行训练。在训练完成后,以另外的64组不同损伤参数,其中OSNR分别为38,34,30,26dB;CD分别为100,300,500,700ps/nm;DGD分别为6,18,30,42ps,构成测试样本对ANN的预测输出进行测试。10Gb/sNRZ-OOK光性能监测结果如图4所示,其中ANN模型在200次迭代之后的训练误差Etrain=0.008,ANN模型预测输出与测试样本相关系数Rc=99.3%,损伤参数监测的均方根误差分别为EOSNR=0.1dB,ECD=8.34ps/nm和EDGD=0.92ps,在监测损伤参数的测量范围内,监测误差小于5%。
240Gb/sODB
40Gb/s光通信系统与10Gb/s系统相比,CD容限减小16倍,PMD容限减小4倍,NRZ-OOK调制的无电中继再生可传输距离大大缩短。ODB调制格式采用三电平调制,非连续的相邻1电平之间相位相差π,在CD、PMD或滤波器效应引入波形展宽时,产生干涉相消,使0电平保持低电位,从而大幅提高其对色散损伤的阈值,而且其频谱较NRZ-OOK调制更窄,有利于窄信道间隔的WDM传输[20]。同时,ODB调制格式只需改动发射机,而接收机不变,在性能和复杂度之间实现折中。40Gb/sODB光性能监测系统如图5(a)所示,信号源产生40Gb/sPRBS,其序列长度为27-1,首先进行双二进制预编码,之后经带宽为10GHZ的低通滤波器产生三电平驱动信号,在工作于传输零点的MZM中对1550nm的CW光源进行外调制得ODB信号,入纤功率保持为0,消除非线性效应影响。光纤链路中OSNR、CD和PMD三种传输损伤的模拟与眼图监测部分与4.1中相同,ADS监测器的延迟为半比特,即Δt=12.5ps。不同损伤条件下的ODB信号眼图与ADS相图如图5(b)所示,OSNR降低导致0、1电平和过渡点幅度值均匀展宽;CD导致波形三角化,相图中第3象限采样点外扩;DGD导致波形斜率降低,消光比减小,相图点沿对角线方向闭合。根据相图变化特点提取特征参数,其中珡m、σm、珋θ和Qd与4.1中相同,σm3为相图第3象限采样点到原点距离的标准差。以相图特征参数为输入向量,监测损伤参数为输出向量构造ANN模型如图5(c)所示,采用拟牛顿训练算法,隐元数目为32个。以125组不同的传输损伤组合构成训练样本,其中有OSNR分别为42,38,34,30,26dB;CD分别为0,40,80,120,160ps/nm;DGD分别为0,4,8,12,16ps,对ANN进行训练。以64组不同的传输损伤组合构成测试样本对训练完成的ANN模型进行预测输出的检验,其中有OSNR分别为40,36,32,28dB;CD分别为20,60,100,140ps/nm;DGD分别为2,6,10,14ps。监测结果如图6所示,ANN模型训练误差Etrain=0.031,预测输出与测试样本相关系数Rc=97.6%,损伤监测均方根误差为EOSNR=0.72dB,ECD=3.24ps/nm和EDGD=0.49ps,测量范围内的监测误差小于5%。
340Gb/sRZ-DPSK
在RZ-DPSK调制格式中,由于采用了平衡光电探测(BPD),其达到相同误码率所需的OSNR值要求比OOK调制格式要低3dB,即接收机灵敏度提高一倍。对于受到光放大器自发辐射噪声限制的长距传输系统而言,使用RZ-DPSK调制可使无电再生中继可传输距离增加一倍,2003年以后的陆基和海缆长距大容量光通信系统中,DPSK和差分四相移键控(DQPSK)调制逐渐取代OOK而成为主流[21]。40Gb/sRZ-DPSK光性能监测系统如图7(a)所示,序列长度为27-1的40Gb/sPRBS经差分预编码后在工作于传输零点的MZM1中对CW光源进行相位信息加载,再采用40GHz正弦时钟信号在工作于正交传输点的MZM2中进行RZ码型调制,最终获得50%占空比的RZ-DPSK信号。光纤链路中OSNR、CD和PMD三种传输损伤的模拟与4.1中相同,在加入传输损伤之后,部分光信号经过延迟干涉仪(DLI)解调和BPD平衡探测后,在OSC1中显示解调信号眼图;部分光信号直接PD检测,在OSC2中显示线路传输眼图;部分光信号进入ADS监测器,其延迟量设置为1bit,即Δt=25ps。不同损伤条件下的RZ-DPSK信号的解调后眼图、线路传输传输眼图和ADS相图如图7(b)所示,OSNR降低导致信号波形和相图点幅度值的展宽;CD导致波形幅度值和消光比降低,相图点局部外扩;DGD导致两偏振态的信号产生相位差,在PD检测中干涉相消,使信号波形幅度值降低,相图点沿对角线方向缩短。根据相图变化的特点,提取与传输损伤变化有关的特征参量,其中珡m和σm与4.1中相同,珋θhalf为相图45°对角线以上采样点到原点的角度平均值,σθ为全部采样点到原点角度值的标准差,M为采样点到原点幅度最大值与最小值之差。以上述特征参数为输入向量,损伤参数为输出向量构造ANN模型如图7(c)所示,隐元数目为30,采用拟牛顿训练算法。以125组传输损伤组合构成训练样本,包括OSNR分别为36,32,28,24,20dB;CD分别为0,12,24,36,48ps/nm;DGD分别为0,3,6,9,12ps,对ANN进行训练。以64组不同的传输损伤组合构成测试样本对训练完成的ANN模型进行预测输出的检验,包括OSNR分别为34,30,26,22dB;CD分别为6,18,30,42ps/nm;DGD分别为1.5,4.5,7.5,10.5ps。监测结果如图8所示,ANN模型训练误差Etrain=0.06,预测输出与测试样本相关系数Rc=95.8%,监测均方根误差为EOSNR=0.15dB、ECD=1.74ps/nm和EDGD=0.61ps,测量范围内的监测误差小于5%。
【关键词】桩基工程;检测技术;检测方法
桩基作为现今高层建筑普遍采用的基础形式,应用的范围很广泛,要想保障工程的质量,就必须要提高工程质量的检测手段和技术,总结现在桩基工程检测中存在的问题,进一步的进行改善,使检测技术得到进一步的发展,为桩基检测事业的发展做出更大的贡献。
1、桩基工程检测中存在的问题
目前桩基工程检测的工作,总体的情况是比较好的,但是由于各个检测单位和地区的情况出现一定的差异,也会在不同程度上存在着一定的问题。
1.1 技术上存在的问题
桩基工程检测技术是由成孔后检测和成桩后检测两个部分构成,我国现今桩基检测技术的发展特点是成桩检测技术比成孔检测技术更加的优秀,但是从防范于未然的观点上来看,桩的成孔检测应比成桩后检测更加的重要。
承载力检测试验做得不够到位,在成桩检测的技术中,承载力检测试验的工作仍需要加强,不能为了省时省钱而减少了静载试验的数量。在桩的动力检测方法未取得突破性进展之前,桩的静载试验仍是检验桩承载力值的评定标准。在桩的承载力的检测问题上,任何企图以更省时、更省力的方法来等同静载试验效果的想法是不现实的。
在检测的仪器上面,个别单位使用的仪器性能比较老旧,不能满足当前桩基检测的有关标准和规程的要求,一些单位低应变检测时的传感器采用速度计,会导致检测波形质量不高,在仪器上没有贴准用的标签,仪器周期检测的执行情况较差,这些都是重要的问题。
目前我国的桩基检测技术标准已经初步的建成了完整的检测体系,但是各标准和规程之间还缺乏协调和衔接,适用的范围不够的明确,甚至会出现重复、遗漏、矛盾之处,因此要更加的规范它们之间的协调关系。
1.2 管理上存在的问题
市场检测的行为不够规范,由于检测市场的不规范和片面的压价,一些单位在检测的过程中,现场数据的采集不够认真,资料数据的处理比较的草率,个别的单位还出现了卖资质给无资质方进行使用的现象。
检测单位的硬件设备参差不齐,有一些单位的办公场所比较的拥挤破旧,没有专门的档案存放地点,在技术的装备上,有的单位是采用进口的低应变和高应变设备,而有些比较差的单位,甚至连计量器都不能进行定期的标定工作。
检测单位内部管理比较混乱,一些单位的法律意识和责任意识比较缺乏,在其内部没有建立相互制约的监督机制。即使有了相关的制度,但是也缺乏制约的力度,也就是形同虚设。在岗位的管理上存在着持证人员变动大,岗位人员不到位,有无证人员在现场开展检测工作等问题。在档案的管理上,有些单位没有专门的档案存放地点、设施和管理人员,资料杂乱混装,没有按照“一个工程一份档案”的要求装订成册。
1.3 检测成果精确度不高
执行的规范不够严肃,采用非规范规定的检测方法做出报告,应反映或引用的材料不够齐全,数据不是十分的准确,结论比较简单或者结论含糊,抽检的数量没有满足有关规程的要求,动测报告中的使用单位和专业术语不符合相关的规程规定。
动测报告中的实测波形质量比较差,一些单位采用高应变推算承载力的报告中,没有提供实测波形,低应变完整性检测的波形质量差,多为速度计测得,
在声波透射法报告中的波形图大多偏小。静载实验的内容一致性的规范不符,原始记录潦草且涂改严重,基准梁安置不标准,观测时间不充分,长度不够,S-L曲线和Q-S曲线采用手工绘制,误差比较大,极限承载力基本值和标准值判断不准,原始记录出具的检测报告无编号或者符号大小书写不规范。
报告结论的正确性存在一定的问题,低应变完整性检测时以振荡波形出报告,结论的随意性很大,高应变检测推算承载力时,报告中无计算公式、无实测曲线、无参数取值,仅有最终承载力值,基本上属所谓的暗箱操作,高应变检测的曲线拟合质量不高,拟合时间段长度也不够。
高应变检测采集的曲线没有注意锤重、一致性差、落距的选择,锤击力不够,分析时选用的参数不合理或过于简单、不全。引、有一些单位没有编制相关的检测方案或检测方案过于简单、不能对整个检测过程起到指导作用。报告的签名不用手签,却采用打印,个别单位出现无证人员签字。
2、桩基检测的方法
桩基检测的方法分为静载荷试验和动力测桩两大类,还有钻芯法和静力、动力触探以及埋设传感器法等辅助类方法。
2.1 基桩检测的分类
桩基的检测类型可分为:特殊条件下或事故处理中的其它检测;桩(墩)底持力层承载力及变形性状的检测;各类桩、墩、桩墙竖向或横向承载力检测,包括单桩及群桩承载力检测;施工中对环境影响(如噪音、震动)的检测;各类桩、墩及桩墙结构完整性检测;考虑桩同作用或复合地基中桩土荷载分担比的检测,桩体及土体应力一应变的检测。
桩基按检测的时间可以分为:为设计提供依据的先期的检测;施工阶段的施工检测;施工完成后的验收检测;施工阶段或使用阶段的鉴定检测。
2.2 检测的方法与讨论
在进行各类桩、墩及桩墙结构完整性的检测时,一般会采用高应变动力或低应变测桩法进行检测,大直径桩一般采用钻芯法或声波透射法进行检测。由散体材料桩或低粘结强度桩和土组成的复合地基(碎石桩、石灰桩等),一般采用静载荷试验,也可以采用静力触探分别对桩和土进行检测,确定复合地基的承载力。由高粘结强度桩和土组成的复合地基(水泥土桩、低标号混凝土桩等)一般采用静载荷试验检测竖向的承载力。在施工工程中噪音的测试可以采用分贝计加以判定。在施工工程中由于震动对环境的影响因素,一般会采用加速度监测系统或者质点速度监测系统进行测试,也可使用地震仪进行检测。使用阶段桩体应力一应变的测试,使用钢筋应力计,混凝土应力计或特制的传感器。在复合地基中,桩、土荷载分担比的检测一般采用压力盒或钢弦通过静载荷试验进行测定,也可以采用特制的应力传感器测试。在施工工程中由于挤土效应对于环境的影响,可以使用变形传感器(测斜仪)进行工程的监测,也可以使用沉降变形标配合水平仪,经纬仪进行检测。当桩长大于30m,用其它的检测方法难以准确判定桩完整性时,可以采用抽芯的方法,也可以采用声波透射法进行目标的检测。
在进行桩基工程检测时,要根据不同的情况进行检测方法的合理选用。在动测的技术没有取得突破性的发展之前,静载荷试验仍然是桩基检测最基本最可靠的方法,动测只是为静载实验作补充的,是工程验收的方法之一,动测确定承载力的方法还要进一步的完善。
3、总 结
桩基施工的质量关系到整个建筑物工程的质量,它既不同于常规的建筑材料试验,又不同于普通建筑结构的测试。因此,不断提高桩基检测的质量水平,强化对桩基检测队伍的管理,有很重要的意义。
参考文献:
[1]杨绍富.浅谈桩基检测技术的发展和应用[J].科技创新导报.2011(17):46-51
[2]柏玉鹏.桩基检测工作中的问题与对策[J].中国城市经济.2011(11):76-82
[3]段玉凤.建筑工程桩基检测技术实践与探析[J].科技传播.2011(15):17-24
关键词 苹果 苹果轮纹病 孢子 田间监测 方法
环渤海湾苹果主产区为农业部确定的我国苹果两大优势产区之一,其气候及主要土壤类型适于生产优质苹果,但也适宜各种病害发生发展。山东省烟台市是环渤海湾苹果主产区中的主产地之一,苹果种植面积17.3万余hm2,年产量近400万t,其中红富士苹果种植面积占苹果种植总面积的80%以上。苹果轮纹病[Botrvosphaeda dothidea(MOUg.)Ces.&DeNot]为环渤海湾苹果生产中的主要病害之一,尤其随着易感病品种红富士的广泛种植,该病在各地苹果园普遍发生,严重发病园果实发病率在40%以上,且苹果枝干轮纹病发生日趋严重。据调查,苹果枝干轮纹病在山东省发生最为严重,发病率达100%,病情指数达87.20。
当前,防治苹果轮纹病仍以化学药剂为主,由于果农缺乏对苹果轮纹病流行规律的深入了解,任意增加农药使用次数和使用量,不仅造成农药浪费,还会导致果品农药残留和环境污染。苹果轮纹病病原菌对多菌灵、戊唑醇等杀菌剂已产生了低水平抗药性。国内外学者关于苹果轮纹病防治方面的研究报道较多,而对苹果轮纹病流行监测方法鲜见报道。为此,2009年我们在山东省烟台市比较了雨水收集法和玻片黏着法对苹果轮纹病病原菌孢子的监测效果,可为监测苹果轮纹病孢子田间释放动态,针对性地防治病害,抗病育苗等研究工作提供科学方法与依据,现将结果报道如下。
1 材料和方法
1.1 试验园概况
供试品种为13年生高感苹果轮纹病的红富士苹果,试验地设在山东省烟台市农业科学研究院苹果园,该园具有10余年的种植苹果历史,果实和枝干苹果轮纹病发生严重。监测树常年均未喷施任何杀菌剂。
1.2 孢子田间释放监测方法
(1)雨水收集法在苹果园内选择3~5年生、苹果轮纹病病瘤较多的枝条,枝条的倾斜角度约45°,枝条段长30cm。在枝条段的上方和下方各绑扎布条,下方布条处挂1个细口瓶,上方布条下绑1个石块,下方布条头放入细口瓶内(图版3)。在监测果园内共选择10个枝条段,挂10个细口瓶,瓶内放人少量硫酸铜,防止收集到的孢子萌发。每次降雨后,收集10个细口瓶内所有雨水,并用5~10 mL的清水冲洗细口瓶2~3次,测量收集到的雨水和冲洗液体的总体积。将收集的液体摇动、混匀后,用血球计数板测量苹果轮纹病病原菌孢子的浓度,并计算孢子数。
孢子数(个)=总水量(mL)×孢子浓度(个/mL)。
(2)玻片黏着法 将玻片涂有凡士林的一面贴近苹果枝干轮纹病病斑和病瘤(图版3),做好编号与标记,定点监测,每隔10天左右更换1次玻片。镜检玻片时,在100倍的显微视野下记录2行内苹果轮纹病病原菌孢子数。
1.3 监测时间
从苹果花序分离期直到10月底或11月初监测苹果轮纹病病原菌孢子田间释放动态,评价2种监测方法的优势。
2 结果与分析
雨水收集法和玻片黏着法2种方法均能从5月中旬至8月下旬收集到苹果轮纹病病原菌孢子。采用雨水收集法,从5月14日开始监测到苹果轮纹病病原菌孢子,5月中下旬出现孢子释放小高峰,6月下旬至8月中下旬为孢子释放高峰期。7月21日收集的孢子数最多,为127916个;8月21日次之,为80514个;7月12、14日收集的孢子数均在4万个以上;6月20日和7月9日收集的孢子数均在2万个以上;7月26日和8月27日孢子数均大于1万个(表1)。该收集方法监测到的孢子数明显多于玻片收集的孢子数,这是由于所选择的枝条段含有大量苹果轮纹病病斑和病瘤,体现了苹果轮纹病病原菌孢子释放动态的整体水平。
采用玻片黏着法,同样是在5月14日开始监测到苹果轮纹病病原菌孢子,5月中下旬出现孢子释放小高峰。7月23、30日收集的孢子数最多,分别为1060、1030个;其次为8月21日和7月14日,收集的孢子数分别为678、485个(表1)。孢子释放高峰期同雨水收集法的结果基本一致,但孢子数远远低于雨水收集法。这与玻片黏着法的特点有关,该方法主要将玻片贴近单个苹果轮纹病病斑,导致了菌源数量较少,但该种方法可从微观上体现单个病斑或病瘤的孢子释放特点,还可研究与评价单个分生孢子器释放孢子的能力。
3 结论与讨论
本研究评价了雨水收集法和玻片黏着法收集苹果轮纹病病原菌孢子的效果。这2种方法分别可在宏观和微观角度上研究苹果轮纹病病原菌孢子的田间释放规律,从而为深入开展苹果轮纹病病原菌孢子群体特性和个体特性等方面研究提供技术与方法。孢子释放与否同降水关系密切,只有在降水后才能监测到孢子,且释放出的孢子随着雨水流动进行传播与侵染。因2009年后期元降水;雨水收集法和玻片黏着法分别在8月27日和9月11日后均未能收集到病原菌孢子。陈功友曾提到苹果轮纹病病原菌孢子的分生孢子器自2月开始开口释放孢子,在5-6月为释放高峰期。本试验监测的烟台地区苹果轮纹病病原菌孢子释放始期、高峰期与陈功友报道的有所不同,这可能与不同地区气候条件有差异等因素有关。
苹果轮纹病可严重为害苹果果实和枝条,从而导致大量烂果,削弱树势,严重时死枝,尤其是可引起花、芽、枝死亡,造成的损失不可估量。苹果轮纹病主要侵染来源为枝干,确定该病病原菌孢子的监测方法,可有针对性地开展苹果枝干轮纹病病斑孢子释放动态的研究,对于确定防治关键期具有十分重要的作用。
参考文献
1 高艳敏,沈永波;张恩尧,等,苹果轮纹病发生规律及条件的研究,安徽农业科学