光学尘埃粒子计数器自动校正的实现

光学尘埃粒子计数器是利用尘埃粒子在强光照射下产生散射光,通过检测散射光强度设计而成,仪器接收灵敏度的稳定性是保证测量准确度的关键。提出了一种尘埃粒子计数器实现自动校正的方法,使仪器始终处于定标时的接收灵敏度。     

尘埃粒子计数器中光源对传感器光通量的影响分析

在Mie散射理论基础上，由单分散射的光强表达式导出在偏振光的入射条件下一定立体角内的散射光通量的表达式，并与自然光入射作比较。计算了在相同强度不同光源入射下，尘埃粒子计数器的两种常用散射光收集系统收集的散射光通量。结果表明：采用近前向散射光收集系统得到的光通量相等；而采用直角方向散射光收集系统时两者并不相等，且在平面偏振光入射时，收集的散射光通量还跟探测器中心与入射光偏振方向夹角有关。用MATLAB编程计算，得出了在探测器中心与偏振方向的夹角成90°或270°位置时，收集的散射光通量有极值的结论，为激光尘埃计数器传感器光学设计提供了依据。     

基于回音壁微腔拉曼激光的纳米粒子探测

回音壁模式光学微腔由于其品质因子高、模式体积小等优点, 近年来在非标记性的纳米粒子探测方面得到了广泛的重视, 开展了大量的研究, 取得了重要的进展. 利用回音壁微腔的拉曼激光, 通过测量纳米粒子造成的模式劈裂的拍频, 可以实现不同环境下纳米粒子的实时探测. 与传统的稀土离子掺杂法不同, 这种方法采用腔的内禀增益, 不仅提高了应用回音壁模式微腔进行纳米粒子探测的极限, 而且避免了传统方法中稀土离子能级对泵浦光的限制, 拓展了应用范围. 这种方法还可以应用于其他材料的回音壁微腔, 如硅基微环腔等, 以及光子晶体结构、超材料等受损耗限制的系统中. 本文简单介绍了回音壁模式光学微腔进行纳米粒子探测的基本原理以及最新研究进展.     

意法半导体公司推出近距离光学传感器

正意法半导体公司推出新款高精度光学测距(range-finding)模块。新产品基于Flight-Sense TM飞行时间测量技术(Time-of-Flight technology),为设计人员提供优异的测距功能。Flight Sense TM技术是通过测定光线被目标物体反射回来所用的时间提供精确的距离数据。而传统传感器只能报告反射信号强度,无法提供准确的距离。与传统红外测距传感器相比,意法半导体的Flight Sense TM技术具有独特优势,包括测量距离更远(测距与目标物体的反射率无直接关系),帧速率(frame rate)更高,功耗更低。     

基于数字粒子图像测速的水雾粒径测量算法及实验

针对利用传统数字粒子图像测速（DPIV）法测量水雾粒径时粒子影像拉长对测试结果的影响,提出了基于DPIV建立的改进图像法（IIM）。设计了水雾粒径测量试验系统,对细水雾进行实时测试,并对比了采用本文算法与直接等效法测试水雾粒径子半径的差异。结果表明：采用本文的IIM得到的测试结果更为准确。通过最小二乘法对粒径分布进行拟合,发现对数正态分布函数和威布尔函数都可以较好地描述粒径分布。     

光子计数器的线性测量和修正

依据自发参量下转换过程中泵浦光功率和相关光子的线性关系,搭建了光子计数器线性测量实验装置,分析了光子计数器非线性误差产生的机理,探讨其线性应用条件和修正方法.通过调节泵浦光功率改变入射至光子计数器的相关光子速率,实现了光子计数器线性的测量,并对实验测量值进行了修正.结果表明,通过线性测量和修正可以提高单光子计数器测量准确度,降低光子计数器的非线性误差,其入射光子速率最大线性工作范围可由10~5s~(-1)扩大到10~7s~(-1).     

双麦克斯韦分布尘埃等离子体中尘埃粒子的充电研究

根据充电方程和电荷守恒条件,导出了双麦克斯韦分布的弱电离尘埃等离子体充电频率(电荷弛豫速率),给出了充电电流的计算公式. 对结果分析表明,定向运动速度大小对充电电流和充电频率有一定的影响,充电频率随着定向速度增加而减小,当定向速度远远小于电子的热速度时,充电频率与文献给出的表达式一致. 关键词： 尘埃等离子体 双麦克斯韦分布 充电频率     

基于霍夫变换与线性啁啾变换的粒子全息图分析方法研究

基于霍夫变换及线性啁啾变换,提出在空域及频域中分析数字全息图中颗粒粒径大小的方法.在对粒子全息图进行降噪滤波、边缘提取等预处理后,利用弦中点霍夫变换检测粒子的圆心位置,然后以圆心为起点径向扫描出归一化光强分布曲线,求出空域第一个极小值位置.对光强信号做傅里叶变换,结合线性啁啾变换做局部频谱细化,求出频域第一个极小值位置...     

基于霍夫变换与线性啁啾变换的粒子全息图分析方法研究

基于霍夫变换及线性啁啾变换,提出在空域及频域中分析数字全息图中颗粒粒径大小的方法.在对粒子全息图进行降噪滤波、边缘提取等预处理后,利用弦中点霍夫变换检测粒子的圆心位置,然后以圆心为起点径向扫描出归一化光强分布曲线,求出空域第一个极小值位置.对光强信号做傅里叶变换,结合线性啁啾变换做局部频谱细化,求出频域第一个极小值位置.利用所得极小值位置,代入公式,即可求解颗粒粒径大小.数值计算结果表明,对于粒子间距较大的粒子全息图,该方法误差在2.5%以内.     

基于光纤布拉格光栅与长周期光栅并联的集成光学传感器

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸,通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系,因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化,据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明:FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和12.98 pm/℃,而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为196.46 nm/RIU和10.93 pm/℃。因此,根据双参数传感矩阵,该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。     

Measurement of Solid-gas Two-phase Flow using Optical Fiber Sensor

ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＳｏｌｉｄ┐ｇａｓＴｗｏ┐ｐｈａｓｅＦｌｏｗｕｓｉｎｇＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｅｎｓｏｒＦＡＮＨｕａＣＨＥＮＹｕａｎｄｉＴＡＮＹｕｓｈａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬａｓｅｒ＆ＩｎｆｒａｒｅｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＸｉ...     

Performance Assessment of Probes Dedicated to the Monitoring of Surface Particle Contamination

Surface probes, based on airflow particle detachment coupled with optical particle counter, are actually available to measure the particle cleanliness of surfaces in cleanroom. No reliable data exits dealing with the performance assessment of these probes in unstuck and counting particles deposited on surfaces. This work presents a method for determining the efficiency of instruments dedicated to particle surface cleanliness measurements. The method is based on the realisation of standard particle deposits by sedimentation and analysis of whole of the contaminated surface by microscopy combined with a micrometric displacement bench. The method is used to assess a trial surface probe with 30 μm and 80 μm glass beads deposited on transparent (glass) or opaque (aluminium) surfaces at concentrations ranging from 1 particle·cm^–2 to 50 particles·cm^–2. The results obtained show that the overall efficiency of the instrument tested is less than 5 %. The detailed analysis of results shows that this low value is mainly due to poor efficiency of sampling and detection of particles in the optical counter. When analysed in terms of particle detachment efficiency, the results agree qualitatively with a force balance analysis taking into account the friction by airflow and the distribution of adhesion forces of glass particles to glass substrates or rough aluminium substrates. Such result shows that airflow based surface probes for particle cleanliness measurements should be systematically qualified for representative conditions of operations whereas analytical microscopy measurements could be considered as reference.     

双散射角光学粒子计数器测量气溶胶折射率的新方法研究

根据米氏(Mie)散射理论,通过数值模拟分析了气溶胶折射率虚部n_i在不同散射角度上对双散射角激光光学粒子计数器(L-OPC)响应曲线的影响,定义了敏感函数。根据分析,散射角应该在小于20°和40°～60°之间选取。以散射角系统ψ=9°,β=5°,λ=0．65μm和ψ=50°,β=20°,λ=0．65μm为例,其中一个散射角受折射率虚部n_i的影响较小,另一个较大。在测量粒子谱分布的同时,利用n_i对不同散射角度响应曲线的影响差异,来确定n_i值,并提出确定n_i的方法。还给出了双散射角激光光学粒子计数器的模拟测量结果。     

激光拉曼型分布光纤温度传感器系统

激光拉螺型分布光纤温度传感器系统是一种用于实时测量空间温度场分布的光纤传感系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。本文讨论了系统的工作原理、设计思想、系统的结构，在系统中采用光纤的光时域反射技术，背向光纤激光自发拉曼光谱技术，双波长、双通道光电检测和自校正技术，高速瞬态采样平均技术。     

海水盐度和温度实时检测的新型光纤传感器研究

提出了一种新颖的用于海水温度和盐度同时实时探测的光纤传感器系统。分别利用半导体材料吸收光谱的临界极限值随温度变化发生移动而导致出射光强改变的特性和待测液体盐度变化引起传输光折射角改变导致接收端光线偏移的性质，通过反射式的结构设计和线阵排列的接收光纤信号传输至海面以上，并由CCD实现对光强峰值信号及其偏移量的采集。传感器由一直角棱镜、本征GaAs单晶体薄片、装有参考液和待测液的水槽、接收光纤阵列等部分组成。理论分析和仿真结果验证了传感器设计的可行性。     

Semiconductor Optical Amplifier (SOA)-Fiber Ring Laser for Sensor Application

A bi-directional fiber ring laser with a semiconductor optical amplifier has been developed in which a frequency difference between the counter-propagating oscillations is controlled by an introduced birefringent medium. With the material which causes the retardation change by a physical phenomenon to be measured, the laser in this study is applicable to a novel fiber sensor of which the sensing signal is obtained in a frequency domain.     

激光自混合干涉法亚微米及纳米颗粒测量中的反问题

基于Kaczmarz投影算法对反问题进行了详细的研究.选取颗粒线分布函数作为反演对象,改进了Kaczrnarz投影算法,使投影过程发生在较大夹角的超平面之间.数值模拟了含5%和10%的测量误差时宽单峰、窄单峰、双峰和三峰四种粒径分布的反演,结果显示改进投影算法得出的粒径分布与输入的粒径分布更好得吻合.实验测量了标称为60 mn和180 nm两种单分散颗粒,结果表明改进投影算法得出的粒径分别为54.95 nm和190.55 nm,而原先投影算法得出的粒径为83.18 nm和288.40nm,进一步显示改进投影算法提高了测量结果的准确性.     

基于连通器原理的小探头光纤液位传感器研究

介绍了以汞包层光波导为传感探头的光纤液位传感器的原理及信号处理,其工作原理是利用连通器将液位的变化转变为汞包层光波导包层长度的变化。理论分析和实验表明,当光波导直径和光波长一定时,光功率衰减随汞包层光波导长度增加作线性增加。通过对汞包层光波导引起光功率衰减的检测,探头结构的优化设计以及探测器件的选型,可以获得实时性很强的高精度液位测量。实验测得10m液位的最大测量误差为5．2mm,理论分析的相对测量精度可达0．02％。该液位传感器的研制对于油库等易燃、易爆环境中的液位测量具有重要意义。     

再入式光纤角速率传感器的研究

对新型再入式光纤角速率传感器进行了理论分析与实验研究 ,推导了它的光强透过率、灵敏度以及极限分辨率的解析表达式 ,分析了环形谐振腔中定向耦合器的耦合比与灵敏度以及极限分辨率的关系 ,并依据理论分析 ,研制了采用长度为 2 0 0m环形谐振腔的再入式光纤角速率传感器的实验装置。实验结果表明 ,这一实验装置具有0 2 (° h)的常值漂移以及优于 0 1(° h)的零偏稳定性 (10s积分时间和 10min采样样本长度 )     

激光加速度传感器的理论研究

提出了一种新型加速度传感器的设计理论。该传感器设计以角锥棱镜作为惯性摆，利用光学干涉原理，可以实现对运动物体的二维加速度测量。对该传感器进行了系统的理论研究，给出了二维加速度激光传感器设计参量选取的一般规律，并给出了实验的初步结果。