大气温度起伏谱的测量

用直径1μm和10μm金属丝分别测量了大气温度起伏功率谱,提出了测量湍流外尺度的方法。实测结果表明：在复杂的光传输路径上至少有50%的温度谱不符合Kolmogorov的－5/3定律;用直径1μm丝进行单点测量的C2n和直径10μm丝进行双点测量的C2n较为一致;80%的外尺度不超过7m。     

大气温度起伏谱的测量

 用直径1μm和10μm金属丝分别测量了大气温度起伏功率谱，提出了测量湍流外尺度的方法。实测结果表明：在复杂的光传输路径上至少有50%的温度谱不符合Kolmogorov的－5/3定律；用直径1μm丝进行单点测量的C2n和直径10μm丝进行双点测量的C₂ⁿ较为一致；80%的外尺度不超过7m。     

非Kolmogorov大气湍流温度谱标度指数的测量与分析

 阐述了非Kolmogorov湍流谱理论以及湍流谱标度指数的测量与计算方法。在近地面多个地点对大气湍流温度起伏进行了多次的实验观测,结果表明：实际大气湍流温度谱标度指数多数不等于-5/3,并且通常在-2到-1之间变化。分析了湍流温度谱标度指数与湍流发展程度的相关性,利用小波分析方法展现了不同湍流强度下湍流温度脉动能量在各尺度之间的分配状态,发现湍流温度谱标度指数的绝对值在一定程度上随湍流强度的增加而增大。     

非Kolmogorov大气湍流温度谱标度指数的测量与分析

阐述了非Kolmogorov湍流谱理论以及湍流谱标度指数的测量与计算方法。在近地面多个地点对大气湍流温度起伏进行了多次的实验观测,结果表明：实际大气湍流温度谱标度指数多数不等于-5/3,并且通常在-2到-1之间变化。分析了湍流温度谱标度指数与湍流发展程度的相关性,利用小波分析方法展现了不同湍流强度下湍流温度脉动能量在各尺度之间的分配状态,发现湍流温度谱标度指数的绝对值在一定程度上随湍流强度的增加而增大。     

湍流折射率谱型对大气闪烁和相位起伏功率谱的影响

基于Taylor湍流冻结假设理论,在不同湍流折射率谱型条件下,推导得出了光波闪烁和相位起伏频谱的表达式;数值计算了湍流谱型中折射率标度指数、内尺度以及外尺度变化时对光波频谱的影响。结果表明：随着折射率起伏标度指数的增大,闪烁频谱的低频段不再仅为常数,高频段下降的幂率逐渐增大,同时相位频谱在整个起伏频率段下降的幂率越来越大;湍流内尺度的增加将引起光波频谱的高频段下降的幂率越来越大;而随外尺度的减小,闪烁频谱低频段的振幅减小,这种影响在大口径接收时较为明显,相位谱的低频段幂率减小。     

湍流折射率谱型对大气闪烁和相位起伏功率谱的影响

基于Taylor湍流冻结假设理论,在不同湍流折射率谱型条件下,推导得出了光波闪烁和相位起伏频谱的表达式;数值计算了湍流谱型中折射率标度指数、内尺度以及外尺度变化时对光波频谱的影响。结果表明:随着折射率起伏标度指数的增大,闪烁频谱的低频段不再仅为常数,高频段下降的幂率逐渐增大,同时相位频谱在整个起伏频率段下降的幂率越来越大;湍流内尺度的增加将引起光波频谱的高频段下降的幂率越来越大;而随外尺度的减小,闪烁频谱低频段的振幅减小,这种影响在大口径接收时较为明显,相位谱的低频段幂率减小。     

实际大气中激光强度起伏的全年统计特征

对实际湍流大气中的激光强度起伏了系统的实验观测,详细分析了光强起伏的强度概率密度分布与功率谱的统计特征及春周日,全年变化规律。同时分析了探测器件的饱和铲应结果的影响。     

湍流大气传输高斯谢尔光束的到达角起伏

研究了在弱大气湍流起伏环境下以窄带宽高斯谢尔光束为激光光源的大气通信问题,分析了大气湍流强度和光源空间相干度对通信光束到达角起伏的影响.采用窄带宽光场的交叉谱密度函数代替光场互相干函数的近似方法和采用包含大气湍流内外尺度的简化折射率谱密度函数,得出了湍流大气中传输高斯谢尔光束的波结构函数(WSF) 和到达角起伏方差解析近似关系.分析表明,光源的空间相干度和传输光束的湍流扩展是影响高斯谢尔光束的相位起伏结构函数和传输光束到达角起伏的重要因素.     

大气光学湍流测量中平均时间和原始数据的筛选

 在使用温度脉动仪测量温度结构常数时，平均时间长度的选择会影响其测量结果。通过实际测量数据的分析和讨论，确定平均时间应该为10s左右，以得到真实可靠的结构常数。由于温度脉动仪在测量时会受到各种因素的影响，为了筛选掉不可靠的测量结果，提出了一种用温度脉动原始数据来对测量结果进行筛选的方法。该方法首先排除了实验纪录中的错误测量数据，其次对于异常的实验数据，如某一层结构常数数据的异常偏大或偏小，需要根据双点温差原始数据的频谱分析来确认数据是否正常，以进一步排除异常的测量结果，尽可能保证用以统计分析的数据真实可靠。     

Miniature temperature sensor based on optical microfiber

Optical microfibers （OMs） are good alternatives in the field of sensing. In this letter, a simple and effective miniature temperature sensor based on OM is proposed and experimentally verified. Using pure water and fiber coating as the OM clad, an additional loss will occur due to the absorption of outer medium. The temperature of the outer environment can be estimated by monitoring the change in additional loss. In the demonstrated experiments, a series of OM with different diameters, waist lengths, and constructions are used as sensing elements. The correlation coefficients between the experimental results and the linear fittings are better than 0.99, and the temperature sensitivity obtained by the linear fittings can achieve -0.151 dB/℃ （in pure water） and -0.405 dB/℃ （covered by fiber coating）. Moreover, higher sensitivity can be obtained by decreasing the diameter, increasing the waist length of the OM, or choosing the proper operating wavelength.     

Measurements of atmospheric potential gradient fluctuations caused by corona ions near high voltage power lines

High voltage power lines produce corona ions which can create disturbances in the Earth's vertical potential gradient. It has been hypothesised that these ions mediate adverse health effects such as the observed increase in leukaemia near to power lines. A fixed site monitoring station has been installed near two high voltage power lines which measures the vertical potential gradient throughout the year in all conditions. Ten minute samples of time varying potential gradient are sorted by wind direction to indicate whether the monitoring station is downwind of a power line and assessed for its variability by calculating mean, inter-quartile range and the number of turning points. Mean and inter-quartile range are related to wind direction, showing higher values when the wind is coming from the power lines.     

Measurements of atmospheric antiprotons

We measured atmospheric antiproton spectra in the energy range 0.2 to 3.4 GeV, at sea level and at balloon altitude in the atmospheric depth range 4.5 to 26 g/cm². The observed energy spectra, including our previous measurements at mountain altitude, were compared with estimated spectra calculated on various assumptions regarding the energy distribution of antiprotons that interacted with air nuclei.     

发射光谱研究大气压等离子体射流的气体温度

采用介质阻挡放电等离子体喷枪装置,在大气压下流动氩气中产生了射流等离子体。利用光电倍增管,对射流等离子体进行了时空分辨测量,分析了等离子体喷枪内介质阻挡放电和外部等离子体羽的放电特性。利用高分辨率光谱仪采集等离子体羽处的发射光谱,通过对发射光谱中OH(A2Σ+→X2Π,307.7～308.9nm)及N2+的第一负系(B2Σ+u→X2Π+g,390～391.6nm)谱线拟合得到了射流等离子体的转动温度,拟合得到的转动温度分别为443和450K。在5%的误差范围内,这2种方法得到的结果是一致的。由于在大气压下,转动温度近似等于产生气体放电的气体温度,所以可以确定大气压射流等离子体气体温度。利用该方法研究了不同电压下的气体温度,发现气体温度随着外加电压增加而增大。     

温度补偿式光纤光栅土压力传感器

针对现有土压力传感器无法实现长期、实时监测的要求,设计了温度补偿式光纤光栅土压力传感器。选用有硬中心的平膜片作弹性元件,选用灵敏度高、体积小、质量轻、易于波分复用和组成传感网络的光纤光栅作敏感元件;同时采用了不受力光栅法进行了温度补偿。经实验测试,该传感器的灵敏度为1.5 nm/M Pa;线性度误差为0.35%;重复性为0.06%;迟滞为2.19%;静态误差为2.21%;这些指标能够满足实际工程应用要求。     

基于势场模拟的温度传感器优化布置研究

以信息连续分布的智能空间内传感器优化布置为研究目标,以温度信息为例对智能空间进行势场模拟,在等势线上选取曲率较大、密集的点作为兴趣点(POI),提取POI初集;提出了一种基于质量阈值聚类的自适应二分法(简称QT算法),对兴POI初集进行优化;通过仿真和实测实验验证,在减少传感器数目的同时能够合理的规划区域中各被监测点,使得各传感器节点的效能得到很好的利用;所提出的方法同样适合智能空间中其它连续的信息场,如湿度、风速、电磁污染和VOCs等.     

Optical fiber temperature sensor based on wavelength-dependent detection

Semiconductor fiber temperature sensors have been used widely in many fields, but most of them pick up temperature by measuring the optical intensity of certain fixed narrow-band in absorption spectrum.Furthermore, they are sensitive to the loss of optical intensity and the fluctuation of light source power.The novel temperature measurement system proposed in this paper is based on the semiconductor absorption theory and the spectral analysis of method. To measure temperature, the sensor model detects not the certain narrow-band spectrum but the most spectra of the optical absorption edge. Therefore the measurement accuracy and the stability can be improved greatly. Experimental results are in agreement with theoretical analysis results perfectly.     

基于膨胀法的新型光纤测温仪

提出一种新型的光纤测温传感器。基于热胀冷缩原理,物体长度会随温度变化产生与之成正比的微小变化,采用带光源的光纤测微位移探头测出这个微小变化,可得温度与位移的变化关系,采用光电转换则可输出温度与电流的变化关系。