QEPAS系统中石英音叉模态仿真计算与研究

对石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)系统中常用的石英音叉进行了有限元模态计算，获得石英音叉前6阶振型与模态频率，认知了第4阶对称摆动振型为有效振动，利用单因素法分析了石英音叉的音臂长度l₁、音臂宽度w₁、音臂厚度t、音臂切角θ、音臂圆孔直径d及音臂圆孔高度h对低阶有效共振频率(Fre)的影响，敏感度依次为： l₁> w₁>d>θ>t>h，考虑实际设计情形，筛选出了l₁，w₁，d与h四个石英音叉设计变量，采用Box-Behnken实验设计方案与RSM(response surface methodology)方法，以Fre为函数目标，建立l₁，w₁，d与h的二次回归响应面模型，得到了参数之间的交互作用，利用Design-Expert软件对响应面模型进行设计参数反求，结果表明，在15 000 Hz≤Fre≤25 000 Hz计算区域内误差较小，基本满足QEPAS系统的计算需求，所提出的研究与设计方法具有一定通用性，可为QEPAS系统中石英音叉结构参数设计提供参考。     

折叠半模基片集成波导在滤波器和均衡器中的应用

提出了一种数学建模方法用来分析折叠半模基片集成波导(FHMSIW)结构的场分布。基于多线理论首次计算了FHMSIW结构的衰减常数和相位常数，验证其与传统波导和基片集成波导的等效性。提出了FHMSIW结构具有高通特性和带阻特性，同时该结构的上下层具有近似奇对称的性质。通过在FHMSIW结构的中间金属层蚀刻缝隙或者添加金属过孔，就可以实现器件由带通到带阻的性能转换，给出了FHMSIW结构带阻、带通特性的产生和变换机理。利用其独特的性质，分别设计了等效HMSIW四分之一谐振枝节加载的FHMSIW均衡器和FHMSIW带通滤波器，设计的FHMSIW均衡器无需附加额外的馈电机制。测量结果显示出器件具有良好的性能，与仿真结果具有很好的一致性。相比于其他的平面电路，该设计的结构具有小型化、低损耗以及高Q值等优势。     

光声光谱气体传感技术研究进展

光声光谱是通过光声效应把样品吸收光谱转换成声波探测，实现样品成分、浓度分析检测的一种光谱传感技术，是光谱学的一个重要分支。光声光谱除了具有吸收光谱的高选择性、高灵敏度外，还具有信号只跟样品光吸收有关，不受散射光影响，零背景, 信号与光功率成正比以及信号探测器不受光波长影响等诸多优点。在环境监测、工业过程控制与检测、医学诊断和国防危化品检测等领域得到了越来越多的应用，呈现出快速发展的趋势。除了传统的共振光声光谱技术，近年来先后出现了悬臂增强型光声光谱、石英音叉谐振增强型光声光谱、多通道光声光谱等各具特色的新技术。对光声光谱气体传感技术的研究进展进行了介绍，并分析了其应用前景和未来发展趋势。     

石英晶体板非线性高频振动的拓展伽辽金法分析

针对考虑几何和材料非线性的石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动的方程组,利用扩展伽辽金法对该方程组进行转化和求解,分别获得了强烈耦合的厚度剪切振动模态和弯曲振动模态的频率响应关系,绘制了不同振幅比和不同驱动电压影响下的频率响应曲线图。数值计算结果表明可以选取石英晶片的最佳长厚比尺寸来避免两种模态的强烈耦合。驱动电压的变化将引起石英晶体谐振器厚度剪切振动频率的明显改变,必须将振动频率的漂移值控制在常用压电声波器件的允许值之内。扩展伽辽金法对石英晶体板非线性振动方程组的求解为非线性有限元分析和偏场效应分析奠定了基础。     

石英的顺磁中心在电子自旋共振测年中的特性及应用

沉积物的电子自旋共振测年是利用石英矿物中的顺磁中心浓度确定总辐射能量,进而推定石英矿物的埋藏年代。石英中可用于测年的顺磁中心包括E’心、Al心、Ti心和Ge心。E’心需要经过热活化后才能测年。Al心是一种电子空穴心,在低温下可观测到较强的信号值。光照可以使Al心漂白,但有残留值存在。Ti心、Ge心都是电子中心,Ti心在低温测试中可见,信号微弱。Ge心光晒退最敏感,在常温观测中可见。不同顺磁中心的形成机理不同导致它们具有不同的特性,适用于不同沉积环境中的样品测年,在冰碛物中Ge心测年更具有可行性。电子自旋共振测试时降低温度可使信号增强,Ti心在10 K和15 K时信号强度最大;Al心在20 K时信号最强。Ge心在200 K时信号明显增强。在电子自旋共振测年中可根据不同顺磁中心信号强度的变化调整测试温度获得信号的最优值。在以后的ESR测试中可以选取信号最强时的测试温度进行测试,以增强微弱信号的信噪比,有利于对复杂的信号形态的分辨确定,提高对信号强度定量的准确性。     

石英晶体多路微天平等效电路和相关实验研究

从AT切的石英晶体等效电路出发，利用电路理论推导单片石英晶体上耦合电极的相互影响，相互耦合作用用复电阻描述，然后通过实验观察复电阻的频率特性，分析其具体的形式，同时通过实验初步观察了MQCM(multi-channel quartz crystal microbalance)对石英片谐振频率的影响，以及不同电极尺寸对耦合的影响。     

汶川地震断裂带岩脉矿物拉曼谱峰特征

对汶川地震断裂带深溪沟出露的基岩错动面两侧岩脉中的石英矿物进行了拉曼谱峰测定,并根据所测石英的464cm-1拉曼谱峰向高波数的偏移量估算了断裂带中的压应力分布。测试结果表明,错动面附近岩脉中石英的464cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量为3.29cm-1,相应的压应力值为368.63 MPa,明显低于错动面两侧应力积累,这可能是由于错动面的多次活动导致了应力不断得到释放。断裂南东盘(下盘)远离错动面,岩脉中石英的464cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量具有增加的趋势,相应的应力积累也逐渐增强,距错动面21m处的石英样品的464cm-1拉曼谱峰向高波数偏移4.40cm-1,相应压应力可达到494.77MPa。剖面北西盘(上盘)在距错动面10m处,样品464cm-1拉曼谱峰的偏移量达到最大值,相应的应力积累为519.87 MPa,其后远离错动面应力积累开始减弱,在北西盘17 m处,应力积累骤然下降至400.37MPa。在西北盘距错动面27m处,岩脉石英的464cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量下降至3.21cm-1,应力已经减弱到359.59 MPa,这可能是由于该处位于断裂带的边缘,远离错动面,受到了较小的断层活动的影响。因此,汶川地震断裂带内的应力虽然得到部分释放,但剩余的应力分布并不均匀,而且在局部还存在较高的应力积累,这反应了断裂带中岩石的力学性质在空间上具有不均匀性。     

微机电陀螺零点漂移数据滤波方法的研究

微机电石英音叉陀螺虽然有突出的优点，但也存在噪声比较大的缺点。普通的数字滤波方法通常会造成比较大的滞后，减小了系统的相位裕度，而且对截止频率以内的噪声不起作用。作者在对石英音叉陀螺零点漂移数据建立时间序列模型（AR模型）的基础上，采用卡尔曼滤波算法对石英音叉陀螺的漂移数据进行了处理。仿真实验表明，所采用的滤波方法合理有效。     

冲击载荷下石英的一维极化电流研究

从石英在冲击波作用下的状态方程出发，根据高斯定理、动量守恒以及欧姆定律，采用拉普拉斯变换对压电电流进行了计算，其结果与Z．P．Tang^[1]进行了比较，并简单分析了其它一些因素对在冲击波作用下石英压电电流的影响。     

Analysis of nano channel formation in quartz cubes by laser-induced process

A novel laser processing technique was developed for making channels in the nano regime in this paper. A Nd:YAG laser was used to dry fabricate micro channels (25μm～100μm di ameter) in a 1 cm^3 fused silica substrate by thermal-induced processing. By controlling the locations of these initiating micro channels on a silica cube, 1D-controllable self-connecting nano fractures can be formed as rectangular channels. These nano channels are smooth and with extremely high aspect ratio (～10^4 depth to width ratio). A possible mechanism is proposed to explain the formation of the nano channels. This laser-based nano channel fabrication technique is fast and inexpensive, and with potential applications in capillary electrophoresis and electro-osmosis driven nano-filtration.