光纤化学传感技术研究近况

光纤化学传感器作为传感器的一个重要分支,结合了化学和光学的相关技术,将化学制膜、光纤技术以及化学分析中的分光光度法、拉曼光谱、荧光光谱、折射率检测等方法相融合,以其微型化,抗电磁干扰,传输信息量大,拥有自身参比等特点不断向前发展。简要综述了光纤化学传感技术研究近况和未来的发展趋势。重点对光纤pH化学传感器、光纤离子化学传感器和光纤气体化学传感器进行了介绍。简要分析了常见的敏感膜制备方法如化学键合法和溶胶凝胶(sol-gel)等方法。新型光纤——微结构光纤的出现为光纤化学传感器开辟了新的发展方向。由于其具有大的内表面积,结构设计灵活多样,光纤内部提供感应场所等特点,快速度成为光纤化学传感器的重要发展方向和研究热点。对微结构光纤衍生而来的新型光纤化学传感器进行了详细评述, 最后对光纤化学传感器的未来进行展望。     

Variable temperature system using vortex tube cooling and fiber optic temperature measurement for low temperature magic angle spinning NMR

We describe the construction and operation of a variable temperature (VT) system for a high field fast magic angle spinning (MAS) probe. The probe is used in NMR investigations of biological macromolecules, where stable setting and continuous measurement of the temperature over periods of several days are required in order to prevent sample overheating and degradation. The VT system described is used at and below room temperature. A vortex tube is used to provide cooling in the temperature range of -20 to 20 degrees C, while a liquid nitrogen-cooled heat exchanger is used below -20 degrees C. Using this arrangement, the lowest temperature that is practically achievable is -140 degrees C. Measurement of the air temperature near the spinning rotor is accomplished using a fiber optic thermometer that utilizes the temperature dependence of the absorption edge of GaAs. The absorption edge of GaAs also has a magnetic field dependence that we have measured and corrected for. This dependence was calibrated at several field strengths using the well-known temperature dependence of the (1)H chemical shift difference of the protons in methanol.     

Intracavity phase interferometry: frequency combs sensor inside a laser cavity

In traditional interferometric measurements, a physical quantity that changes the phase of a resonator is monitored through a change of its transmission. Interferometry inside a laser exploits the ultimate Q‐factor of that resonator, and converts the phase to be measured into a frequency. A mode‐locked laser with two intracavity pulses emits two frequency combs of the same repetition rate. The quantity to be measured (a sub‐nano displacement, a nonlinear index, an acceleration or rotation, a magnetic or electric field) produces a minute phase change ( rad) in one of the two intracavity pulses, which is converted into a frequency, measured by beating the two pulse trains emitted by the laser. This paper presents methods of operating mode‐locked lasers in which two independent pulses circulate, producing two frequency combs of the same repetition rate. Various examples of physical quantities that can be measured through this technique are presented.     

光纤压力传感器物理实验仪的研制

给出一个应用于光纤压力传感器物理实验仪的设计实例。给出了实际应用的框图,可使我们对光纤及传感器有所了解。     

基于联合分步APIT定位算法的改进

本文研究了无线传感网络( Wireless Sensor Network,WSNs)的节点定位问题,并针对APIT由于锚节点在低密度环境下的节点误判和节点失效等问题给出了改进,在APICT定位算法的基础提出了联合分步定位算法UNION-APICT(Union Approximate Point-In-Circumcircle Test),该算法是结合连通性的测距技术,RSSI测距技术以及质心定位和APICT等技术,来联合解决对未知节点定位问题。通过仿真实验结果表明,改进后的UNION-APICT在APICT算法的基础之上平均定位误差减少了10%-25%,定位性能有了明显的提升;随着通信半径R和最大探测距离rmax的增加,定位误差也在逐渐减小,该算法较APIT和APICT定位算法在锚节点密度、节点覆盖率和定位精度上都有所提高。     

基于包层模的光纤布拉格光栅折射率传感特性

提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)包层模式的折射率传感方案。实验中,利用不同浓度的丙三醇水溶液作为外界折射率传感溶液,采用氢氟酸溶液化学腐蚀的方法来减小光纤包层的直径以增大包层模式对外界折射率的敏感度,研究了腐蚀后光纤布拉格光栅包层模式的耦合波长对外部折射率的变化关系。实验结果表明在1.3300~1.4584的折射率范围内,包层模式耦合波长随外界折射率增大而增大,在接近光纤包层折射率处具有很高的折射率灵敏度,最大达到了172 nm/riu(refractive index unit)。而且,包层模谐振的光谱半峰全宽(约0.07 nm)仅为布拉格纤芯模谐振光谱半峰全宽的1/4,能够获得更好的传感精度。     

干涉型光纤传感器相位生成载波解调方法改进与研究

提出了基于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调方法（PGC）的改进方法,通过算法上的改进和增加抗混叠滤波器,有效地改善了解调结果,并大大降低了系统的采样频率,结论对设计干涉型光纤传感器解调系统有重要的参考意义     

宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计

介绍了一种用于卫星姿态控制的星敏感器光学系统,该光学系统焦距为51 mm,相对孔径为1/1.1,视场角为21°×21°（圆视场2ω＝30°）,光谱范围为0.5～0.85 μm,采用了复杂化双高斯结构.与普通成像系统不同的是,该系统要求对不同光谱的恒星所采集到的点像能量中心是一致的,且星像点像的弥散圆须控制在一定的范围内.具有倍率色差小、轴上和轴外能量分布比较一致的特点.     

一种新型温度自补偿高灵敏度折射率计

基于高频CO2激光脉冲写入的新型超长周期光纤光栅(ULPFG),提出了一种可实现温度自补偿的新型高灵敏度折射率计。理论与实验表明,新型超长周期光纤光栅不同闪耀阶次谐振峰对外界折射率与温度变化的灵敏度各自不同,特别的是,该光栅存在对外界折变不敏感的谐振峰,测量中除了可以利用该峰实现温度同时测量外,还可以补偿另一个测量折变的谐振峰因温度变化带来的测量误差。该折射率计具有制作简单、成本低、强度好,灵敏度高等优点,当外界折射率在1.43~1.45范围内变化时,其折射率测量灵敏度可达每单位折射率240 nm,在实际工业应用中具有较大的潜在实用价值。     

基于经典小波变换的布里渊光时域反射计光信号处理

布里渊光时域反射计结构的布里渊散射分布式光纤传感器检测的是自发散射光,信号非常微弱,而且频带在几十兆赫兹以上,难以应用普通相干解调方法。针对传感散射光信号特点,提出基于经典(Morlet)小波变换的光相干检测方法。首先采用微波电光调制产生频移参考光和自发布里渊散射光进行相干检测,再应用经典小波变换进行散射光信号的幅度解调,得到信噪比改善的布里渊散射传感光信号。给出了数值模拟和实验数据处理结果,表明经典小波变换能较好地处理布里渊光时域反射计检测信号。并和基于希尔伯特(Hilbert)变换的传感信号处理方法进行了对比,发现此方法优于基于希尔伯特变换的信号处理。