一种新型光纤声音传感器的设计与研究

为解决单光纤输入、输出Y型分支结构光纤声音传感器易受激光源光强波动的影响,由此设计了双同心圆新型结构的光纤声音传感器,并在出射光纤光强为高斯分布的基础上推导了反射光强的物理模型,理论分析表明这种新型光纤结构能克服光强波动的影响．并在1310nm波长的激光器和单模光纤研制光纤声音传感器上进行了相关实验,实验结果表明：这种光纤声音传感器的测量精度不受激光器输出光强波动的影响,实验测得传感器灵敏度为850mv·Pa^-1,频率响应范围为10Hz-9．5kHz．     

光纤光栅压力传感器的增敏结构设计与实验研究

基于金属圆筒和高分子材料封装对光纤光栅的应力响应的增敏作用,设计了一种新的光纤光栅传感器结构,推导出了该传感器的压力增敏的数学模型,给出了该传感器的压力灵敏度系数与封装高分子材料参数和结构尺寸参数之间的数学表达式,通过实验测出其压力灵敏度为-5.02×10^-3/MPa,比裸光纤光栅的压力灵敏度（-2.78×10^-6/MPa）提高了1 800倍.对于这种基于金属圆筒和高分子材料封装结构的应力增敏模型,通过调节金属圆筒的尺寸、高分子材料的直径、杨氏弹性模量、泊松比等参数可方便地改变和调整传感器的压力灵敏度,以适应不同的场合.     

基于离子液体的生物电化学传感器

离子液体是一类在室温或近室温条件下呈液态的盐类物质,具有溶解性强、蒸汽压低、导电性高、电化学窗口宽、生物相容性好等独特性质,广泛用于绿色合成、工业催化、电化学及分析化学等领域.离子液体有助于提高传感器对目标分子的响应性能,因此,在生物电化学传感器中备受青睐.本综述主要阐述了离子液体在生物小分子电化学传感器、生物催化及传感器、生物免疫传感器、直接电化学及生物传感器、分子印迹电化学生物传感器等领域的最新进展,并展望了离子液体在生物电化学传感领域应用的未来发展趋势.     

封装聚合物对光纤光栅压力传感增敏的影响

研究了封装聚合物材料参数对光纤光栅压力传感增敏效果的影响,结果表明:随着聚合物泊松比的增加,光纤光栅压力灵敏度减小.杨氏模量对压力灵敏度的影响与聚合物的的泊松比有关,当泊松比在较小范围内时(<0.4),光纤光栅的压力灵敏度随着聚合物的杨氏模量减小而迅速减小,当聚合物泊松比在较大范围内时(>0.4),聚合物的杨氏模量对光纤光栅压力灵敏度的影响较小.与裸露的光纤布喇格光栅相比,选择泊松比为0.45和杨氏模量为1.0×108N.m-2的聚合物进行封装,可将光纤布喇格光栅压力灵敏度提高404倍.     

射频等离子体压力传感器及其在动态压力测量中的应用

为精确测量高温高压严苛环境下的动态压力数据,本文设计了一种基于射频等离子体原理的压力传感器,并研究了该传感器在不同电源输出功率时对气压变化的响应规律,及不同温度环境下的工作特性,最后利用该传感器在低速轴流压气机实验台上进行了叶顶动态压力场的测量。实验结果表明,射频等离子体压力传感器电极间隙为220μm时,气压从0.4 atm升高到4.5 atm,灵敏度为0.22 V/kPa;标准大气压下环境温度从25℃上升到400℃时,传感器两端维持电压基本不变,说明该传感器在此温度范围下不具有温度敏感性;低速轴流压气机叶顶动态压力场测量实验结果表明,等离子体压力传感器和Kulite压阻式传感器具有同样捕捉叶片通过频率和叶顶泄漏流的自激非定常特征频率的能力。     

激光自混合效应在光纤压力传感中的应用

设计了一种结合半导体激光器自混合效应和光纤传感技术进行测压的方法。通过仿真分析,证明此方法结合了两种技术的优点,具有量程大、抗干扰等特点。测量精度为47.6 N/Hz,可用于建筑、桥梁和道路等大型工程健康状况的监测。     

动态F-P腔对波长的解调方法

提出一种动态非本征法布里-珀罗(F-P)腔对波长的解调方法。利用PZT构建的动态非本征F-P腔调制FBG反射光,理论分析得到调制光强随F-P腔长呈类余弦变化。经数值模拟,当PZT在一正弦电压驱动下,F-P腔调制输出的类余弦信号因FBG波长漂移而产生峰值偏移,且偏移量与FBG波长变化量成线性关系,此关系可用于FBG波长的解调。研究结果表明,动态非本征F-P腔波长解调方法,在FBG传感测量中简化了信号处理过程中复杂的算法问题。     

基于混合表面等离子体弯曲波导的紧凑型宽带偏振分束转换器的设计研究

设计了一种宽带的基于混合表面等离子体弯曲波导的偏振分束转换器, 使用有限元法计算硅波导、混合表面等离子体波导的模场分布和有效折射率, 为器件建模仿真分析提供了依据. 使用时域有限差分法优化器件结构, 以获得最佳的性能参数. 由于混合表面等离子体波导的双折射增强, 设计获得的偏振分束转换器具有超小尺寸和宽带的工作特性. 仿真结果表明 在1550nm的中心波长处消光比大于23dB, 插入损耗小于0.8dB; 在80nm的带宽上, 横磁偏振光转换为横电偏振光的偏振转换效率大于95％.     

Au-Ag-SiO_2复合纳米金属颗粒膜的共振特征

通过射频磁控溅射的方法制备Ａｕ－Ａｇ－ＳｉＯ２复合纳米金属颗粒膜．实验结果表明颗粒膜的光学吸收峰及共振波长的位置依赖于颗粒膜中金属的介电常数,粒子尺寸,金属的相对体积比;颗粒膜共振波长随着颗粒膜中Ａｕ和Ａｇ相对体积比而改变,提高退火温度可以提高复和颗粒膜的光学吸收峰值．     

一种基于级联长周期光纤光栅的力传感装置

利用光纤布拉格光栅(FBG)具有谱线窄、反射率高的特性和级联长周期光纤光栅(级联LPFG)的边沿滤波特性, 设计了一种基于级联LPFG的力传感装置, 将拉力变化转变为FBG反射谱功率的变化. 在理论上分析了实验的可行性, 用光纤光栅刻写系统制作了符合要求的级联LPFG和FBG, 用光谱分析仪对FBG的反射谱进行了监测. 用光纤功率计对FBG的反射功率进行了测量, 并对测得的数据进行了线性拟合, 其线性相关系数为0.9924, 装置的灵敏度为1.074μW?N-1. 在拉力为0~0.6N的范围内功率与拉力有较好的线性关系. 测量范围和灵敏度取决于级联LPFG透射谱边沿的斜率. 该装置结构简单, 操作方便.     

光纤Bragg光栅传感器在桥梁监测中的应用

论述了采用布拉格光栅对应变进行传感的理论和方法,得出了布拉格中心波长与应变之间的理论关系式,并实际监测了宁波市招宝山大桥在车辆载荷下的应变.监测结果表明:光纤Bragg光栅可以方便地监测大桥的疲劳损伤,为桥梁结构的健康诊断提供了相应的依据.     

一种高双折射大模场面积的光子晶体光纤

为了解决光纤在大的模场面积、高的双折射、低的弯曲损耗以及单模传输方面的均衡问题,设计了一种具有高双折射的大模场面积光子晶体光纤.该光纤包层由四圈三角晶格圆形空气孔组成,纤芯由矩形晶格椭圆空气孔组成,研究了结构参数对光纤的有效模面积、双折射、泄露损耗、弯曲损耗以及单模传输等特性的影响.数值分析证明,在1.55 μm波长处,通过对光纤参数的调整,可实现4.47×10^-4的双折射,377 μm²的有效模面积,0.08 dB·km^-1的泄露损耗以及0.156 m的可容许弯曲半径.与此同时,通过对参数的进一步设计,可得到1.3~1.68 μm波长范围内的低泄露损耗单模单偏振光子晶体光纤,有效克服了光纤在偏振串扰、偏振模色散以及偏振相关损耗等方面的问题.     

基于串口的光纤光栅解调仪多通道扩展电路设计

光纤光栅解调仪(si720)只有2个通道,为使其可连接更多的光纤传感器,以满足需大量监测点的大型传感工程的要求,需扩展其通道数.介绍采用光开关来实现扩展通道数的方法,并设计了1种基于AT89C2051单片机制作的光开关驱动电路.在串口通信下,可实现4个通道间相互切换,切换时间小于20ms.并分析了电路硬件和软件设计,具有一定的实用价值.     

多壁碳纳米管/纳米金/二茂铁纳米复合材料的制备及应用

合成了多壁碳纳米管/纳米金/羧基二茂铁(MWNTs/Au NPs/FMC)纳米复合材料,以壳聚糖(CS)为固定基质,制备了新型葡萄糖生物传感器。采用电化学方法对其性能进行了研究。结果表明,该传感器具有灵敏度高、响应快、性能稳定等特点,对葡萄糖响应的线性范围为0.01~2.5 mmol.L-1,检出限     

基于多目标优化的无线传感网无干扰分簇算法

为减少无线传感网的网络能耗并延长网络寿命,提出了一种基于多目标优化的无线传感网无干扰分簇算法(interference-free clustering algorithm,IFCA)。该算法在保证簇间无通信干扰的前提下,将网络能耗和网络覆盖作为优化目标,使用遗传算法和非支配排序优化分簇方案。通过仿真实验分析了节点数量、监测点数量、节点通信半径和节点覆盖半径对本文算法划分网络分簇的结果及无干扰分簇后网络覆盖的影响。仿真结果表明,本文算法适合于具有大量节点的大型无线传感网,在这种网络中,本文算法会智能设置传感器节点的角色,即成员节点、簇头节点和孤立节点,从而达到了对监测点的最优覆盖,实现了网络节能。     

氢化非晶硅薄膜紫外线探测器的设计和制备

本文详细介绍了氢化非晶硅薄膜紫外线探测器的结构设计,并用射频辉光放电淀积法制备了a-SiC:H/a-Si:H异质结p-i-n结构非晶硅薄膜紫外线探测器,测量了器件的暗电流和光谱响应特性。在200—400nm紫外波段器件灵敏度接近于晶体GaAsP紫外线探测器,器件光谱响应峰值波长为430nm。     

液晶填充一维阶梯型Double-period结构局域模的调控特性

利用传输矩阵法研究了向列相液晶填充一维阶梯型Double-period第4代准周期结构局域模的电场方向、外界温度调控特性。通过改变电场方向和外界温度,研究该结构透射谱的调控特性。结果表明:温度一定时,液晶的有效折射率都随着夹角θ的增大而逐渐减小,局域模波长随夹角θ的增大而发生蓝移;当夹角θ接近54°时,向列相液晶的有效折射率与温度呈现近正比线性关系;夹角θ小于54°时,向列相液晶的有效折射率随温度升高而逐渐减小,局域模波长随外界温度(300~378.15K)的升高而发生蓝移;夹角θ大于54°时,随温度升高,向列相液晶的有效折射率先减小后增大,局域模波长先发生蓝移再发生红移。无论是外界温度升高还是电场方向夹角的增大,局域模的调控量始终是减小的,且局域模的调控量与液晶有效折射率差值成正比线性关系。更多还原     

锆基电位型CO传感器的制备及其响应性能研究

为提高CO传感器的灵敏度, 采用丝网印刷技术制备了一系列以钇稳定氧化锆为固体电解质、以ZnO材料中掺杂不同比例的In₂O₃为敏感电极、以Pt为参比电极的片式结构电位型CO传感器, 并于特定的工作条件下测试其对不同气体组分的响应性能. 结果表明, 当掺杂比例为质量分数0.3, 烧结温度为1200℃且工作温度为500℃时, 传感器对CO气体的响应值最大, 达到-59mV, 接近未掺杂前的2倍, 传感器的灵敏度有很大提高. 并为阐述传感器的敏感机理, 开展了相应的材料结构表征(XRD/SEM)和电化学催化活性(阻抗谱)测试研究.     

基于苯硼酸-糖蛋白相互作用的过氧化氢生物传感器

利用4,4’-二硫代二丁酸(DTBA)和3-氨基苯硼酸(PBA)反应合成了含苯硼酸基的二硫化物DTBAPBA,通过自组装技术将其固定于金电极表面。利用苯硼酸分子在水溶液中较温和以及易控制的条件下即可与1,2/1,3-邻二醇反应形成五元或六元环化合物的特点,将糖基化蛋白辣根过氧化物酶(HRP)共价键合于DTBAPBA修饰电极表面,构建了用于H2O2检测的生物传感界面。采用循环伏安、计时电流等方法对传感界面的构建过程和传感器的性能进行了研究。结果表明,在8.3×10-6-5.3×10-2 mol·L-1范围内,传感器响应电流与H2O2浓度呈良好的线性关系,可用于H2O2的灵敏性和选择性检测。     

基于光断续器的光电式液位检测系统的研究

本系统采用了光电折射原理来实现贮水水箱液位检测,传感器由发射二极管和光敏三极管组成的光断续器.检测部分与待测液体介质完全不接触,能够清晰稳定的显示实际水位,在水位超出上、下限时能发出声光告警信号.