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光纤传感在油气井中的应用 - Pure
光纤传感在油气井中的应用。光纤传感有可能彻底改变石油和天然气行业的油井和油藏监测。光纤传感器的被动特性、经济高效的安装潜力以及沿光纤整个长度进行密集分布测量的可能性带来了诸多好处。使用安装在油气井中的光纤传感器获取的信息有助于提高效率、安全性和最终采收率。各种光纤传感器能够测量温度、压力、化学成分、应变和声学等物理效应。合适的数据基础设施和将这些测量结果转化为有价值信息的处理能力是任何传感系统的关键要素。基础由井中合适的光纤传感器和地面上的询问单元组成。本论文重点介绍基于两种光纤技术的传感硬件的开发：光纤布拉格光栅和瑞利散射。光纤布拉格光栅 (FBG) 是可以沿光纤电缆长度分布的点传感器。实现具有成本效益的基于 FBG 的传感系统的关键因素之一是低成本且坚固的询问装置。介绍了用于高温沙漠环境的此类询问装置的成功开发（第 3 章）。这项开发旨在促进商业低成本实现。这些可以结合专用测试装置在内部进行评估（第 4 章）。分布式声学传感 ( DAS ) 是一种完全分布式传感技术，利用标准光纤长度上自然发生的散射点的瑞利散射。反向散射能量可以被解释为在整个光纤中实现准麦克风。DAS 最近受到广泛关注，因为它在井下监测中具有潜在应用，例如压裂监测、流量监测以及地球物理监测。本论文以地球物理应用为重点，描述了合适的询问单元的开发（第 5 章）以及新原型在现场试验中的成功验证（第 6 章）。为了进一步扩大地球物理应用范围，需要增强光纤传感电缆对垂直于其轴向方向撞击的地震波的灵敏度（第 7 章）。本论文介绍了此类电缆概念的发展，并介绍了成功的实验室和现场试验结果（第 8 章）。分布式传感技术具有降低成本并提高空间分辨率的潜力。但是，沿电缆长度的连续测量会在从光纤中的光学长度到井下环境中的位置的转换中引入不确定性。虽然已经提出了几种深度校准方法，但本论文介绍了一种新方法的发展：磁深度定位器（第 9 章）。在井中安装多个磁铁组件可提供永久的深度参考点，这使其非常适合保障延时井和油藏监测所需的深度精度（第 10 章）。多种光纤传感技术可以组合在井下环境中。由此产生的沿光纤在时间和距离上连续的大量测量结果为石油和天然气行业的井和油藏监测提供了独特的机会。
采用光子曲面微镜的平面自由空间光束耦合的临界分析
摘要。详细分析了使用平面和曲面光子微机电系统镜进行高斯光束的自由空间耦合。分析了理论背景和非理想效应，例如有限的微镜范围、球面微镜曲率不对称、轴未对准和微镜表面不规则。使用推导的公式从理论和实验上研究和比较平面（一维）、圆柱形（二维）和球面（三维）微镜的行为。分析重点关注曲面微镜曲率半径与入射光束瑞利范围相当的尺寸范围，也对应于参考光斑尺寸。考虑到可能的非理想性，推导出基于传输矩阵的场和功率耦合系数，用于一般微光学系统，其中考虑了微系统切向和矢状平面中的不同矩阵参数。结果以归一化量的形式呈现，因此研究结果具有普遍性，可应用于不同情况。此外，还制造了形状可控的硅微镜，并用于实验分析可见光和近红外波长的耦合效率。© 作者。由 SPIE 根据 Creative Commons Attribution 4.0 International 许可证出版。分发或复制本作品的全部或部分内容需要完全注明原始出版物，包括其 DOI。[DOI：10.1117/1.JOM.2.3.034001]
THz 量子间隙：探索产生和检测 THz 光非经典状态的潜在方法
摘要：在过去的几十年里，太赫兹技术取得了长足的进步，这从当前太赫兹源和探测器的性能以及多种太赫兹应用的出现可以看出。然而，在量子技术领域，太赫兹光谱域仍处于起步阶段，不像近年来蓬勃发展的邻近光谱域。值得注意的是，在微波领域，超导量子比特目前是量子计算机的核心，而量子加密协议已通过卫星链路在可见光和电信领域成功演示。太赫兹领域在这些令人瞩目的进步中落后了。今天，太赫兹领域的当前差距显然与量子技术有关。尽管如此，在太赫兹频率下工作的量子技术的出现可能会产生重大影响。事实上，由于太赫兹辐射对大气扰动的敏感性较低，因此对于具有终极安全性的无线通信具有重大前景。此外，它还有可能提高固态量子比特的工作温度，从而有效解决现有的可扩展性问题。此外，太赫兹辐射可以操纵分子的量子态，这被认为是进行长距离相互作用的量子计算和模拟的新平台。最后，它穿透通常不透明材料的能力或其对瑞利散射的抵抗力对于量子传感来说是非常有吸引力的特性。从这个角度来看，我们将讨论潜在的
智能材料系统和 MEMS
7 有限元法简介 145 7.1 简介 145 7.2 变分原理 147 7.2.1 功和补充功 147 7.2.2 应变能、补充应变能和动能 148 7.2.3 加权残值技术 149 7.3 能量泛函和变分算子 151 7.3.1 变分符号 153 7.4 控制微分方程的弱形式 153 7.5 一些基本能量定理 154 7.5.1 虚功的概念 154 7.5.2 虚功原理（PVW） 154 7.5.3 最小势能原理（PMPE） 155 7.5.4 Rayleigh-Ritz 方法 156 7.5.5 Hamilton 原理（HP） 156 7.6 有限元法 158 7.6.1 形函数 159 7.6.2 有限元方程的推导 162 7.6.3 等参公式和数值积分 164 7.6.4 数值积分和高斯求积 167 7.6.5 质量和阻尼矩阵公式 168 7.7 有限元法中的计算方面 171 7.7.1 影响 FE 解速度的因素 172 7.7.2 静态分析中的方程解 173 7.7.3 动态分析中的方程解 174 7.8 超收敛有限元公式 178 7.8.1 超收敛深杆有限元 179 7.9 谱有限元公式 182 参考文献 184
风电场效率和相互作用的线性理论
摘要：我们使用具有瑞利摩擦的双层线性动力学模型研究了重力波 (GW)、风电场形状和风向对风电场效率和相互作用的影响。使用了五个综合诊断量：总风差、涡度一阶矩、涡轮机功、扰动动能和垂直能量通量。涡轮机阻力对大气所做的功与扰动动能的耗散相平衡。提出了一种基于“涡轮机功”的风电场效率新定义。虽然重力波不会改变总风差或涡度模式，但它们会改变风差的空间模式，通常会降低风电场的效率。重力波会减缓逆风向的风速，并减少对附近下游风电场的尾流影响。重力波还会将部分扰动能量向上传播到高层大气中。我们将这些想法应用到新英格兰海岸拟建的 45 平方公里（15 平方公里）风能区。这些风力发电场彼此接近，因此风力发电机在风力发电场互动中发挥着重要作用，尤其是在冬季西北风吹拂时。控制方程是直接求解的，并使用快速傅里叶变换 (FFT) 求解。线性 FFT 模型的计算速度表明，它未来可用于优化这些风力发电场和其他风力发电场的设计和日常运营。
智能材料系统和 MEMS
7 有限元法简介 145 7.1 简介 145 7.2 变分原理 147 7.2.1 功和补充功 147 7.2.2 应变能、补充应变能和动能 148 7.2.3 加权残值技术 149 7.3 能量泛函和变分算子 151 7.3.1 变分符号 153 7.4 控制微分方程的弱形式 153 7.5 一些基本能量定理 154 7.5.1 虚功的概念 154 7.5.2 虚功原理（PVW） 154 7.5.3 最小势能原理（PMPE） 155 7.5.4 Rayleigh-Ritz 方法 156 7.5.5 Hamilton 原理（HP） 156 7.6 有限元法 158 7.6.1形函数 159 7.6.2 有限元方程的推导 162 7.6.3 等参公式和数值积分 164 7.6.4 数值积分和高斯求积 167 7.6.5 质量和阻尼矩阵公式 168 7.7 有限元法中的计算方面 171 7.7.1 影响 FE 解速度的因素 172 7.7.2 静态分析中的方程解 173 7.7.3 动态分析中的方程解 174 7.8 超收敛有限元公式 178 7.8.1 超收敛深杆有限元 179 7.9 谱有限元公式 182 参考文献 184
THz 量子隙：探索产生和检测非经典 THz 光状态的潜在方法
摘要 ：在过去的几十年里，太赫兹技术取得了长足的进步，这从当前太赫兹源和探测器的性能以及多种太赫兹应用的出现可以看出。然而，在量子技术领域，太赫兹光谱域仍处于起步阶段，不像近年来蓬勃发展的邻近光谱域。值得注意的是，在微波领域，超导量子比特目前是量子计算机的核心，而量子加密协议已经通过卫星链路在可见光和电信领域成功演示。太赫兹领域在这些令人瞩目的进步中落后了。今天，太赫兹领域的当前差距显然与量子技术有关。尽管如此，在太赫兹频率下工作的量子技术的出现可能会产生重大影响。事实上，由于太赫兹辐射对大气扰动的敏感性低，因此它对具有终极安全性的无线通信具有重大前景。此外，它还有可能提高固态量子比特的工作温度，从而有效解决现有的可扩展性问题。此外，太赫兹辐射可以操纵分子的量子态，这被认为是进行长距离相互作用的量子计算和模拟的新平台。最后，它能够穿透通常不透明的材料，或者具有抗瑞利散射的能力，这些都是量子传感非常有吸引力的特性。从这个角度来看，我们将讨论潜在的
THz 量子隙：探索产生和检测非经典 THz 光状态的潜在方法
摘要 ：在过去的几十年里，太赫兹技术取得了长足的进步，这从当前太赫兹源和探测器的性能以及多种太赫兹应用的出现可以看出。然而，在量子技术领域，太赫兹光谱域仍处于起步阶段，不像近年来蓬勃发展的邻近光谱域。值得注意的是，在微波领域，超导量子比特目前是量子计算机的核心，而量子加密协议已经通过卫星链路在可见光和电信领域成功演示。太赫兹领域在这些令人瞩目的进步中落后了。今天，太赫兹领域的当前差距显然与量子技术有关。尽管如此，在太赫兹频率下工作的量子技术的出现可能会产生重大影响。事实上，由于太赫兹辐射对大气扰动的敏感性低，因此它对具有终极安全性的无线通信具有重大前景。此外，它还有可能提高固态量子比特的工作温度，从而有效解决现有的可扩展性问题。此外，太赫兹辐射可以操纵分子的量子态，这被认为是进行长距离相互作用的量子计算和模拟的新平台。最后，它能够穿透通常不透明的材料，或者具有抗瑞利散射的能力，这些都是量子传感非常有吸引力的特性。从这个角度来看，我们将讨论潜在的
使用神经网络解决特征问题
机器学习或模式识别中出现的许多问题都可以归结为求解关于 x 和 λ 的特征值问题 Ax = λx。降维（PCA、Fisher 判别）、谱聚类或数据表示（拉普拉斯、Hessian 特征图或扩散图）等任务都是基于计算矩阵的特征向量和特征值。有多种方法可以找到矩阵的谱分解。由于在高维中查找矩阵特征多项式的根在计算上不可行，因此只有在特殊情况下才有可能在有限的步骤内准确计算出特征值。通常，查找特征值和特征向量的算法是迭代的，例如幂法、逆法、瑞利商法、QR 方法，并且提供数值近似值而不是精确解。随着行业中矩阵规模的增加，使用快速、准确且可行的方法（即使对于大量数据也适用）尽可能高效地解决特征问题变得非常重要。最近，针对此问题提出了基于神经网络的方法。研究表明，他们的方法可以在相对较短的训练时间内成功解决线性代数系统。在本文中，我们将使用人工神经网络 (ANN) 解决特征问题，并在准确性、效率等方面将结果与标准求解器进行比较。我们通过求解热方程来证明所获得的特征向量的准确性。
纳米颗粒阵列中的等离子表面晶格共振
这项工作综述了文献，并提供了一维银和金纳米颗粒的光学特性的详细计算分析，重点是表面晶格共振（SLR），这些共振（SLR）在本地化的等离激子共振（LSPRS）中跨越纳米颗粒的跨度跨度时，它们会在nanopartiles中跨度散布，以使某些散布的跨度散布，以使某些跨度的跨度散布在跨度上，以使某些相互构想的跨度散布在跨度上。激发类型连贯耦合。组合基于偶联偶极近似，该偶极近似提供了几乎定量的描述这种类型的阵列的灭绝光谱，其中颗粒良好分离而不太大。这些计算用于确定与下极化模式相关的SLR的许多特征，该模式大多是光子本质上的，我们还研究了由LSPR响应所支配的上极性体，以及瑞利异常（RAS），以及对纯粹衍射激发的贡献。计算探讨了这些激发对入射波和极化向量相对于阵列轴的方向的敏感性，阵列间距和阵列中颗粒数的影响以及纳米颗粒半径和背景折射指标的效果。提供了确定蓝色和/或红色移位的物理机制的细节，因为提供了变化的结构参数，SLR对远场耦合很敏感，而LSPR在某些情况下也可能对近中间和中间田间相互作用敏感，在某些情况下与在Dye Molecule Molecule Cotregate中发现的效果相似。