基于AMR测直流电流的探究

阐述了基于ZKY-CC各向异性磁阻传感器(AMR)与磁场测量仪的设计原理和实现方法,利用AMR测量固定距离下的通电直导线产生的磁场所对应的显示电压。再通过MATLAB对数据进行一阶线性拟合得到定标曲线,以此来探究直流导线电流与其磁场强度之间的关系并进一步探究和扩展AMR的性能,使得AMR在一定程度上可代替电流表进行电流的测量,保证研究出的仪器能更好服务于相关的科技活动。     

基于Terfenol-D材料和光纤光栅法布里珀罗腔的磁场传感器（英文）

基于Terfenol-D磁致伸缩材料和光纤光栅法布里珀罗腔,提出了一种用于微弱静态磁场测量的光纤磁场传感器.为了提高传感器的分辨率,采用钕铁硼永磁体提供偏置磁场,同时,采用Monel-400合金与光纤光栅法布里珀罗腔耦合的方式,作为参考元件,对传感器进行温度补偿.实验测得传感器的磁场灵敏度为1.7×10~(-3) pm/μT,磁场分辨率为3.0μT。实验结果表明,本传感器对于静态磁场响应具有良好的线性度和指向性,可用于微弱磁场测量.     

GMI/超导复合磁强计的超导磁通变换器设计和研究

介绍了一种基于高温超导薄膜材料的具有微弱磁场放大能力的超导磁通变换器。该磁通变换器是本课题组提出的超高精度GMI/超导复合磁强计的核心部件。其基本结构是一个带有轭形微桥结构的闭合超导环,超导环的微桥部分只有几十微米宽,此种高质量的微桥结构是通过半导体光刻精密微加工技术获得的。其较大的超导环面积可以增大磁通汇集区域,提高磁场分辨率;狭窄的微桥结构形成磁场增强的区域,是低场磁敏感器件的工作区域。对此种超导磁通变换器的磁通放大能力进行了分析,并通过仿真对不同尺寸的超导环磁场放大倍数进行了计算。理论计算的结果在磁光成像实验中获得了初步的验证,为复合传感器的实现和优化设计奠定了技术基础。     

基于BOS-PSD0018的金属线胀系数测定

为提高金属线胀系数的测量精度和灵敏度,以方便数字化测量与微机处理,以PSD光电传感器为核心实现微位移测量,采用光学放大机构提高微位移分辨率,利用BOS-PSD0018芯片实现微位移转换,并用单片机系统实现金属线胀系数的数字化处理与显示.用铜棒进行了标定测试,用铁棒进行检测试验,检测试验表明金属线胀系数最大相对误差为±2.3%,用光学放大机构使微位移分辨率比提高4倍.     

高斯噪声和弱正弦信号驱动的时间差型磁通门传感器

提出了一种利用高斯噪声和弱正弦信号共同驱动的新型时间差型磁通门传感器.根据软磁材料双稳态特性及其Fokker-Planck方程推导了跃迁率的表达式.利用数值仿真的方法,研究了跃迁率和外磁场、激励磁场、噪声强度之间的关系.通过将周期变化的跃迁率信号转换为方波信号,建立了方波高低电平时间差与外磁场之间的关系,并推导了传感器灵敏度的表达式.研究表明,在一定的偏置磁场下,传感器灵敏度与激励磁场的幅值以及频率成反比,量程和激励磁场的幅值成正比.对所设计±10.7A/m量程的传感器样机进行了测试,传感器最小灵敏度为9.8696 ms/(A/m),可用于准静态微弱磁场的检测.     

基于金刚石NV色心的纳米尺度磁场测量和成像技术

纳米级分辨率的磁场测量和成像是磁学中的一种重要研究手段.金刚石中的单个氮-空位点缺陷电子自旋作为一种量子传感器,具有灵敏度高、原子级别尺寸、可工作在室温等诸多优势,灵敏度可以达到单核自旋级别,空间分辨率达到亚纳米.将这种磁测量技术与扫描成像技术结合,能够实现高灵敏度和高分辨率的磁场成像,定量地重构出杂散场.这种新型的磁成像技术可以给出磁学中多种重要的研究对象如磁畴壁、反铁磁序、磁性斯格明子的结构信息.随着技术的发展,基于氮-空位点缺陷的磁成像技术有望成为磁性材料研究的重要手段.     

集成霍耳传感器实验仪

正立项目的●通过霍尔传感器的使用,同学能够了解基本工作原理●掌握霍尔传感器测量磁场的方法和了解霍耳传感器在工业生产中的广泛应用●研制利用霍尔传感器直接测量交直流电流的实验仪器(非接触式)建设内容◆项目的前期准备工作:实验仪器的电路设计◆购买仪器制作的元器件,制作实验仪器◆完成仪器的加工制作和使用调试◆编写实验教学内容和实验教学设计     

低温传感器的应用进展

低温技术广泛应用于航天、国防、科研等领域,低温测量在低温技术中占有非常重要的地位。文中叙述了不同类型的低温传感器在1K温度范围内的使用情况,并详细讨论了这些温度传感器的使用范围、灵敏度和精确度。另外还描述了互换能力、循环加热影响、离子辐射影响以及磁场影响等。在特殊的使用环境下,对于选择合适的温度传感器非常重要。该文对应用广泛的传感器进行了综述,为以后在低温仪器设计中传感器的选型提供了参考。     

表面肌电采集与在线识别系统

设计了一套简易且分辨率高的表面肌电采集与在线识别系统。系统硬件部分包括信号两级放大、带通滤波、精密整流、16位AD转换芯片ADS1120、AVR单片机等部分;软件部分基于JAVA编程,具有实时滤波、显示并存储肌电信号、在线识别手部动作等功能。系统放大增益倍数为100～2500可调,根据不同被试同一动作的肌电信息,微调放大倍数以减少个体差异;当放大倍数为1000倍时,识别精度达0.3 uV。此外还设计了训练范式,根据被试的训练数据提取在线识别算法的参数,以提高识别准确率。实验结果表明：该系统具有较好的稳定性,能够准确识别四类手部动作,平均识别率达84.37%。     

磁致伸缩材料弱磁场响应特性的实验研究

针对磁致伸缩材料在弱磁场传感器领域的应用需要,采用迈克耳逊干涉原理实验测量了零应力条件下Tb-Dy-Fe材料和Fe-Ga合金的磁场响应灵敏度,以及不同应力下Fe-Ga合金的磁场响应特性和温度响应特性.实验结果表明：在零应力,外加磁场16 mT条件下,Fe-Ga合金的磁场响应灵敏度远高于Tb-Dy-Fe材料,更合适作为弱磁场传感器敏感材料;同时,在1.2 MPa预应力和26 mT偏置磁场下,Fe-Ga合金材料具有较好的磁场响应灵敏度和较大的饱和磁致伸缩系数,因而处在最佳工作状态.所得到的材料的磁场和温度响应曲线可作为弱磁场传感器参量设计的参考依据.     

激光驱动的冲击波自生磁场以及外加磁场的冲击波放大研究

冲击波是天体物理观测中常见的现象, 其对粒子的加速被认为是高能宇宙射线的来源. 宇宙中冲击波周围往往存在很强的磁场, 但人们对于此类强磁场的产生放大过程的理解并不充分. 本文利用二维粒子模拟程序研究了激光与磁化或者非磁化等离子体相互作用产生的冲击波现象, 给出了冲击波波前处磁场的产生放大特性. 研究发现, 作用过程中的自生磁场可以储存能量, 从而进一步加速电子; 当存在外加磁场时, 由冲击波加速的电子和离子的能量都比同条件下非磁化等离子体的能量高; 而且外加磁场藉由冲击波放大倍数则与其值有极大关系. 与天文观测中推断的磁场与背景磁场相比放大千倍这一研究结果的比较可以看出, 天体冲击波周围磁场放大主要是由局域内生磁场导致的.     

平面式一阶梯度计的设计和制备及其在无损检测上的应用

我们在10×10mm2的SrTiO3双晶基片上,设计并制备了YBCO双晶结dc-SQUID一阶平面式梯度计.其基线长度为5.5mm,该梯度计能够在无屏蔽环境下稳定的工作.在77K下,200Hz时,其磁通噪声为1×10-4Φ0/Hz,能够分辨的最小磁场梯度为94pT/m.我们将该器件作为磁传感器,可以利用涡流检测的原理对非磁金属进行无损检测.实验结果表明,可以很清楚地分辨出10mm以下的缺陷.同时,我们还研究了激励线圈的尺寸与空间分辨率的关系,结果表明若激励线圈足够大,则对于梯度计和缺陷而言感受到的是均匀磁场的激励,因此涡流的分布只与缺陷的形状有关,而空间分辨率取决于梯度计的基线长度和磁场分布.     

精密角度传感器及其标定技术的研究

介绍了精密角度传感器和不使用任何精密参考仪器的角度传感器的自标定方法。采用补偿技术制作了一对角度传感器,可以克服光源热漂移带来的影响,并进行了标定。两个角度传感器的测量范围为180″,分辨率分别为0．003″,0．004″。平均灵敏度标定的重复性误差为0．015％,线性误差的标定重复性误差为0．015″。     

测量植物中感生叶绿素荧光的手提式固态荧光计

研制了一种测量光合植物中感生叶绿素荧光的小型“考茨基仪”(Kautskyapparatus)。这个仪器的核心是由发光二极管及装在它背面的光电晶体管所构成的新的“传感器—发射器”组件(掮背式组件)。可以250μs的时间分辨率记录荧光曲线,辐照时间可以在0.1秒到100秒内任意变动,光强的变化范围可从0到10~4尔格·厘米~(-2)·秒~(-1)。与手提式记录器一起使用,新仪器提供一种可靠而快速的测量作物在自然光照下的光合活动。上述的那种掮背式“传感器—发射器”组件作为一种检测荧光和反射光的新的光电子学器件有普遍的重要性。文中举出了新仪器工作的一些实例以证实它的时间分辨率、灵敏度及其它特征。     

自制灵敏电流计

灵敏电流计在学校物理实验室里对许多实验是一件不可缺少的仪器,特别是在需要显示出微安级电流的时候。用这种仪器能够很好的显示导体在磁场中运动时的电磁感应现象,温差电动势的产生,光电效应等等。     

少模光纤模式反射迈克尔孙干涉仪及其游标增敏应用

提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪（MI）级联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪,开放腔FPI作为传感干涉仪,解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响,以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器,并测试了其折射率响应特性,分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384～1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU（灵敏度单位）,相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍,放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好,在折射率传感领域具有潜在的应用价值。     

扫描近场光学显微镜的原理与有源光纤探针

 传统的光学显微镜是以光学透镜为主体,利用透镜能将物体放大成像的功能而制成的。一般地,单级透镜能将物体放大几十倍,级联使用可达到千倍以上。制造放大倍数更大,分辨率更高的显微镜系统将遇到许多不可逾越的技术上的困难。从根本上说,光的衍射效应限制了光学显微镜进一步提高分辨率的可能性。     

基于椭圆位移放大结构的光纤光栅位移传感器

针对采用悬臂梁或变形圆环作为光纤光栅位移传感器的弹性形变结构时,位移灵敏度较低的问题,采用新型的椭圆位移放大机构对位移探杆的微小位移量进行放大,改变椭圆放大器的机械尺寸调整传感器的位移分辨率.当椭圆位移放大机构的长度为60mm,宽度为19.8mm,中间最大宽度为30mm时,探杆的机械位移放大倍率约为2倍.当量程变化为0~100mm时,实验测得光纤光栅位移传感器的分辨率为6.1pm/mm,位移量和对应波长移动线性相关系数为0.998 52.适于机械装备和土木工程的结构位移高精度在线监测.     

双波长光纤测温仪的工作波长及线宽设计

介绍了一种利用钽酸锂热释电探测器实现的实用化双波长光纤测温仪。测温仪由光学接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。依照探测器系统的温度分辨率、R(T)～T曲线的线性度及温度灵敏度与各主要技术参数之间的关系,在考虑光路中的选择性吸收气体的影响及探测器的最小可探测功率的基础上,对其工作波长及波长带宽进行了优化设计。分析了仪器的工作波长及波长带宽对温度分辨率及测温灵敏度的影响。结果表明,在测温范围400～1300℃内,当λ1=2 1μm、λ2=2 3μm、Δλ3=20nm时,其测温精度高于0 20%。     

界面捕捉Level Set方法的(AMR)数值模拟

在流体力学方程的计算中采用高精度WENO格式,用AMR(adaptive mesh refinement)方法提高流场局部分辨率,在采用Level Set函数标定物质界面的计算中用GFM(ghost fluid method)方法进行界面处理,尝试将AMR技术与界面追踪技术相互融合并应用于数值模拟,对不同的模拟结果进行了比较.