基于微机电系统红外光源的长光程气体检测

针对红外气体传感器对光源的要求,选用了一种宽波长、高调制频率、低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system, MEMS)红外光源作为辐射源,其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。由于其面光源的朗伯辐射特性,整形之后的红外光数值孔径仍然很大,采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。本文结合双波长单光路的差分检测方法,设计了一种基于积分球特性的吸收气室,有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题;并运用光在传输过程中光通量守恒的原理,推导了此积分球吸收气室的等效光程,解决了积分球气室等效光程计算的难题;同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号,使得外围电路的设计更加简单、灵活。设计中,使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程,研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10-6,极大地提高了红外检测系统的灵敏度。     

旋转Rayleigh梁动力学性能的研究

采用广义Hamilton原理推导了旋转Rayleigh梁在重力作用下的运动方程, 研究了简支-简支边界条件下旋转Rayleigh梁的动态特性, 指出并证明文献中所推导的运动方程缺失了一个由离心力引起的陀螺效应项. 理论分析和数值模拟了激励频率、陀螺效应、转动惯量、长细比对涡动频率、临界速度和模态振型的影响. 结果表明, 正向涡动频率随着激励频率的增加先增加后减小, 而反向涡动频率则随着激励频率的增加一直减小; 旋转Rayleigh梁有着无限多阶正向和反向临界速度; 正向涡动频率总是大于同阶的反向涡动频率.      

The modulation effect of substrate doping on multi-node charge collection and single-event transient propagation in 90-nm bulk complementary metal-oxide semiconductor technology

Variation of substrate background doping will affect the charge collection of active and passive MOSFETs in complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technologies, which are significant for charge sharing, thus affecting the propagated single event transient pulsewidths in circuits. The trends of charge collected by the drain of a positive channel metal-oxide semiconductor (PMOS) and an N metal-oxide semiconductor (NMOS) are opposite as the substrate doping increases. The PMOS source will inject carriers after strike and the amount of charge injected will increase as the substrate doping increases, whereas the source of the NMOS will mainly collect carriers and the source of the NMOS can also inject electrons when the substrate doping is light enough. Additionally, it indicates that substrate doping mainly affects the bipolar amplification component of a single-event transient current, and has little effect on the drift and diffusion. The change in substrate doping has a much greater effect on PMOS than on NMOS.     

离子微束技术及其多学科应用

通过微米孔准直或电磁聚焦技术可将加速器产生的MeV离子束形成微米尺寸的离子束斑(微束), 从而用来研究固体和生物样品的微米空间分辨的材料信息和辐照响应。 结合MeV离子微束的发展历史综述了微束技术和跨学科应用, 包括利用微束开展具有空间分辨的离子束分析、 单粒子效应、 微纳加工和细胞辐射响应等研究。 介绍了中国科学院近代物理研究所的高能重离子微束辐照装置, 该装置成功地将总能量为1 GeV的C离子在大气中聚焦为1 μm×2 μm的微米束斑。 Beam of MeV ions from particle accelerators can be confined by collimators or focused by electrical/magnetic quadruples into micrometer size, and this microbeam can be used to obtain spatial information or radiation effect in solids and biological samples. This paper reviews the technical developments and the multi disciplinary applications of microbeam, including ion beam analysis, single event effect in semiconductor devices, proton beam writing and cellular response to targeted particle irradiations. Finally, the high energy heavy ion microbeam facility at the Institute of Modern Physics of Chinese Academy of Sciences is introduced, which has successfully focused 1 GeV Carbon ions into a beam spot of 1 μm×2 μm in air.     

基于PXI总线的阵列探测器数据获取系统

描述了一种适用于阵列探测器的数据获取系统。系统基于PXI总线, 采用标准NIM插件作为前端电子学。系统软件采用C/C++语言编写, 在线分析通过调用ROOT类库实现, 系统运行在Linux操作系统下。多次测试结果表明, 系统稳定可靠, 单个ADC通道可以处理的最大事例率为40 kHz。A data acquisition system for array detectors is described. The system is based on PXI bus with standard NIM modules used as front\|end electronics. The system software is written in C/C++ language with its online analysis modules realized by ROOT class library. Several runs of the system under Linux show that it is reliable and is capable of handling event rates up to 40 k events/s for 1 ADC channel.     

直流电压等离子体点火器点火特性研究

使用自行设计的等离子体点火装置,对极间电流随进口氩气压力的变化规律以及不同进口氩气压力和工作电流条件下等离子体点火器出口射流特性进行了实验研究。利用四通道CCD光谱仪测量了点火器出口处的发射光谱特征,并计算了等离子体的电子温度。结果表明,极间电流随进口氩气压力的增大而逐渐减小,等离子体点火器的射流长度随进口氩气流量的增大先增大后减小,随工作电流的增大而增大,等离子体点火器的工作电流随进口氩气流量的增大而减小,随电源输出电流增大而增大,等离子体射流的电子温度随氩气流量的增大而降低,随工作电流的增大而升高。所得结果对等离子体点火系统在航空发动机的实际应用具有一定的指导意义和参考价值。     

Li_4Ti_5O_(12)纳米片的合成及储锂性能研究

以无定形的水合二氧化钛为前驱物,水热法合成了200～400nm大小的Li4Ti5O12纳米片作为锂离子电池负极材料.XRD(X射线衍射)、SEM(扫描电子显微镜)和TEM(透射电镜)分析表征样品的物相结构、表观形貌;循环伏安、充放电循环和电化学交流阻抗技术分别测定该纳米Li4Ti5O12在有机电解液和室温离子液体S114TFSI电解液中的电化学性能.结果表明,该材料具有较高的放电容量和良好的循环性能,有望成为锂二次电池新型负极材料.     

铅锌矿区居民头发中Pb，As，Cd等有害元素含量、微区分布及元素形态特征研究

头发是人体元素的排泄器官之一,头发中元素含量能反映出一段时间内矿区毒性元素在人体内的吸收和代谢情况。采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)对某铅锌矿区居民头发中Pb,As,Cd,Ca,Mg,Fe,Zn,Cu,Mn和Sr进行了定量分析,应用微区X射线荧光(Micro-XRF)和X射线吸收近边结构谱(XANES)测定了头发中的Pb和As等元素微区分布和Pb形态。研究发现(1)当地部分居民已经受到矿区中Pb,Cd,Cu和Mn等重金属污染的危害。(2)不同性别群体的生理特征和生活习惯是决定其分布特征的主要因素,其中女性头发中Pb,Cd,Ca,Mg,Zn,Cu和Sr的平均含量都显著高于男性,男性头发中的Fe显著高于女性;(3)由于各元素性质、来源和吸收机制等原因,矿区居民头发中Ca-Mg-Sr-Zn,Pb-Cd-Cu-Mn,Fe-Mn具有相关性;(4)矿区典型头发样本中Pb和As主要沿头发中轴分布,从发根至发梢含量有逐渐增多的趋势;(5)头发样品中Pb由4.7%Pb₃(PO₄)₂,36.8%Pb-GSH和8.4%PbS组成;(6)头发中不溶性磷酸铅、铅-半胱氨酸巯基结合态是发铅的主要存在形态,揭示了其为人体铅代谢的主要途径之一。     

多维温度场对光纤环Shupe效应误差影响的理论分析

光纤环作为干涉型光纤陀螺的核心敏感元件,易受时变温度环境引起的Shupe非互易性相移的影响,进而严重降低对于惯性空间转动的测量精度.本文推导了目前广泛应用的四极绕法光纤环的温度效应误差模型,分析了沿光纤环径向、轴向与圆周方向多维温度场对于零偏漂移的影响机理并进行了仿真验证.研究结果表明,径向与轴向的瞬态温场引起的零偏误差正比于光纤环各层外内壁温变速率之差的加权和,并且随着接近光纤进出的顶层,其所占份额将线性增大.圆周方向的零偏误差则取决于光纤进出端与长度中点连线两侧温变速率空间分布的对称性,并且当不均匀的温度场分布远离进出端时,其影响将减小.以上发现可为复杂温度环境下工作的陀螺仪表与惯性导航系统的热结构设计提供理论指导与工程参考.     

CO_2-油-水体系的相平衡特性研究

CO_2驱油技术在提高原油采收率及温室气体地质埋存方面具有广阔的应用前景,因此准确预测油藏环境条件CO_2-油-水混合体系的相平衡特性成为目前重要的研究课题。本文基于P-R EOS和Rachford-Rice闪蒸公式,对CO_2-油-水体系在不同油组分、不同混合比例及不同压力下的相平衡特性进行了计算分析。结果表明,在相同压力下,碳原子数较小的油组分在气相中含量较大;体系内较高的CO_2含量更利于油组分的气化。CO_2-油-水体系的气相黏度随压力增大而增加,油组分的碳原子数越小,其气相黏度值越小,且受系统压力影响越大。CO_2-油-水体系的液相黏度随系统压力增大而逐渐减小,碳原子数较大的油组分对应着较高的液相黏度,且受压力影响更加明显,结果表明CO_2具有明显的液相降黏效果。