拉锥光纤传感技术

拉锥光纤传感技术作为一种新兴的传感技术,在电力、石油化工、生化、航空航天、环保、国防等领域有着重要的应用价值并逐渐成为当前国际上的研究热点之一.与普通光纤相比,拉锥光纤的模场直径为微米或纳米量级,极大地增强了光在光纤中传输时的倏逝场,从而显著提高此类光纤传感器的灵敏度及响应速度,缩小了光纤传感器的尺寸,使其在传感应用中更具优势.该文分析并讨论了拉锥光纤传感器的理论基础、关键技术及相关应用.主要内容包括:1)阐述了微米光纤耦合传感器的原理、制备工艺及折射率和温度传感特性.2)讨论了单模-多模-单模及单模-拉锥多模-单模光纤结构的传感原理并实现了一种基于单模-拉锥多模-单模的高灵敏度折射率传感器.3)为拓展拉锥光纤传感器的应用范围并提高其空间分辨率,发展了一种半拉锥光纤传感器微探头.4)介绍了拉锥光纤在光通信及微操纵等方面的应用.     

应用人工网络对化学传感器CaxPb1-xTiO3薄膜的晶格畸变进行评估

利用人工神经网络对化学传感器的晶格畸变进行了深入研究.实验结果表明:传感原件钙掺杂钛酸铅薄膜材料随合成参数的变化而呈现不同的晶格畸变度,该参数通过X射线粉末衍射精细结构确定,并作为人工神经网络的输出变量;合成参数作为输入变量,以MatlabTM作为操作平台,利用三层识别方法对传感元件的纳米结构进行评估与预测.实验结果与...     

In-Al共掺杂ZnO纳米串的制备和光学性质研究

通过化学气相沉积方法(CVD)制备了In-Al共掺杂的氧化锌纳米串.扫描电镜观察到纳米片沿生长方向均匀排列,直径约为50~150 nm,长度约为5~20μm.X射线衍射结果表明样品具有ZnO六角纤锌矿结构.并且研究了In-Al共掺杂的氧化锌纳米串的生长机制,并通过样品的光致发光谱可见所合成的样品具有较好晶体质量.     

微结构光纤表面等离子激元共振传感器的研究

基于光纤结构的表面等离子激元共振(surface plasmon resonance,SPR)传感技术是近年来光纤传感领域的研究热点.论述了SPR传感器的工作原理、调制方式和光纤SPR传感器的理论,介绍了本课题组在该领域的研究进展,包括利用光纤和毛细管SPR传感器、图像式光纤SPR传感器、多通道光纤阵列SPR传感器、自补偿SPR传感器、智能手机SPR传感器及啁啾倾斜光纤光栅SPR传感器等,总结了基于光纤微结构的SPR传感器的研究现状,分析了需要解决的问题,并对未来的发展趋势.     

硅烷偶联剂对纳米氧化锌表面改性的机理研究

根据偶联剂改性无机粒子的作用机理,提出了一个硅烷偶联剂接枝在氧化锌表面的结构模型,用Gaussian03对两种硅烷偶联剂接枝在纳米氧化锌表面的模型进行了理论计算,结果表明,KH550和KH560能与纳米氧化锌表面结合而达到改性的目的,KH560的效果更好.实验与理论计算的结果相吻合.     

铟掺杂一维半导体氧化锌纳米螺旋制备及表征

利用化学气相沉积的方法,在硅衬底上生长了铟掺杂的氧化锌纳米螺旋结构.通过X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射等手段对样品的形貌和结构进行了表征.结果表明,合成的纳米螺旋由纳米带旋转而成,曲率半径为几个微米.纳米带宽约200 nm,厚约几十纳米,铟杂质的引入使其生长方向沿(1010)方向.     

用于结构整体与局部健康监测的光纤超声传感器

本文提出并展示了两种光纤超声传感系统,一种是基于菲索干涉仪的结构,另一种是类萨格奈克干涉仪的结构.当系统中光纤传感器采用长跨度光纤时,可实现结构整体内部是否有微裂纹所导致超声发射的情况监测.系统中的光纤传感器部分也可以选用一段短光纤或绕成一个光纤环,从而实现单点的局部探测.文中分析了作为传感的光纤与超声的相互作用.实验上,将1 m长的光纤作为一段直线传感器和绕成光纤环形点传感器分别埋入混凝土试件中,进行了10、25和50 kH超声测量实验.结果表明,这两种光纤传感器均具无损检测的应用潜力.尤其是长尺度光纤传感器更适合于监测大尺度混凝土建筑结构的由于内部微裂纹的发生及其发展情况,对于评估结构的健康状况具有十分重要的意义.     

石墨烯/ZnO复合材料中的布尔斯坦效应

通过简单、可重复的溶剂热蒸发法,以自制氧化石墨和氧化锌为原料,制备一系列不同比例的氧化锌和石墨烯的纳米复合材料,将氧化石墨还原成石墨烯的同时,完成石墨烯与氧化锌的复合.通过XRD、SEM、Raman、XPS、PL等表征手段对样品的形貌、结构及光学性能进行研究.在PL光谱中,随着石墨烯含量的增加,复合材料中呈现出荧光猝灭现象,并且本征发光峰位呈现规律性的蓝移,这可能是由布尔斯坦—摩斯(BursteinMoss)效应所引起的.     

金属氧化物傳感材料的表面研究

本文运用多相反应动力学的吸附理论和半导体电子催化理论,研究了湿度化学传感器和气体化学传感器传感材料的表面过程和反应机理,得出若干金属氧化物具有性能稳定,选择性强、活性高、应答速度快等优点,是极好的化学敏感材料,并指出了开发新型传感材料研究的趋势。     

波长编码型光纤传感器高精度解调技术研究进展

介绍了波长编码型光纤传感器高精度解调技术的最新研究进展，所涉及的解调技术能够实现对波长编码型光纤传感单元阵列的亚纳应变级分辨率的测量能力.首先回顾了光纤光栅应变传感技术，分析了高精度光纤应变传感器所选用的敏感元件；然后介绍了前馈式扫频激光线宽压缩技术和闭环轮询式探测技术，详述其理论原理、实现方案、性能指标；最后介绍了基于上述技术实现的高精度光纤应变传感系统实现地壳形变观测的应用实例，为各类高性能光纤传感器的研究与应用提供参考.     

纳米材料气敏传感器

本文介绍了纳米材料、气敏传感器的基本概况以及纳米微粒作为传感元件的优势，并分析了纳米材料气敏传感器的发展趋势。     

应变式钢杯压力传感器的多层介质膜研究

在应变传感器的使用过程中,通常是将应变片用胶粘到待测的传感元件上,这种结构导致被测的应变片产生温度漂移.同时,胶膜引起的蠕变和滞后,也限制了传感器的准确度和长期稳定性.开发良好的铂薄膜电阻应变式钢杯压力传感器的研究具有重要意义.通过多层介质膜解决金属薄膜衬底和铂薄膜电阻间的隔离层问题,提高了应变式钢杯压力传感器的力学特性和长期稳定性.     

过渡金属掺杂氧化锌纳米线磁性研究

一维(ID)氧化物纳米材料,如纳米线(NW)具有重要战略意义在基础科学和技术应用领域.这些新颖的纳米材料表现出卓越的物理性能.特别是氧化锌纳米线是有希望的基石对光电子和透明电子器件,并且经过渡金属掺杂可导致铁磁性.这里我们报道氧化锌纳米结构合成及其掺杂.对其物理性能进行了测量系统,它们表现出极大的潜在应用在电子和自旋电子学.     

基于开腔式马赫-曾德尔光纤干涉仪的高灵敏溶液浓度传感器

溶液浓度是表征溶液特性的关键参数之一，当监测和控制溶液浓度特性时，需要实时分析监测某些溶液的浓度。光纤传感器由于具有灵敏度高、结构小巧紧凑、响应速度快、抗电磁干扰及远距离实时检测等优点，广泛用于各种物理、化学以及生物测量传感。为了实现高灵敏的溶液浓度测量，通过大错位熔接技术将三段单模光纤制备成开腔式马赫-曾德尔(Mach-Zehndel, M-Z)光纤干涉仪，通过监测干涉条纹某一损耗峰的波长漂移，实现了溶液溶度高灵敏度的检测。实验结果表明，该开腔式光纤干涉型溶液浓度传感器结构小巧、可重复性高、灵敏度高，灵敏度为-25.27 nm/%。     

气敏半导体矿灯式瓦斯自动报警器

瓦斯是煤矿安全生产的主要威胁之一,目前国内煤矿中瓦斯的检测方法多半采用接触燃烧传感器,或光干涉测量仪.我们参考国外近年来半导体气体传感器的研究结果^[1~4],利用SnO₂半导体敏感元件作瓦斯传感元件,安装在矿灯上,研制了一种矿灯式瓦斯自动报警器.     

ZnO半导体纳米材料的可控合成及其性能研究

利用水-乙醇混合溶液为溶剂的溶剂热的方法,合成了不同形貌的ZnO纳米.亚微米结构.通过X-射线粉末衍射,扫描电镜,紫外可见光谱等测试手段对样品的结构和光学性能进行了表征.结果表明,溶液的碱性对产物形貌有很大影响.随着氨水加入量的增多,产物形貌从纺锤型逐渐发展为一维棒状直至花型结构.我们可以通过简单调节溶液的酸碱性来实现对产物氧化锌形貌的控制.     

掺镧改性钛酸钡湿敏陶瓷传感元件的纳米组装与表征

室温条件下,掺镧钛酸钡多晶陶瓷传感元件电阻随着湿度的增加而下降三个数量级(相对湿度变化范围33-94%).采用溶胶-凝胶工艺,以醋酸镧、醋酸钡及钛酸丁酯为起始物,湿凝胶经50℃干燥制得干凝胶,部分干凝胶在800℃/2h的焙烧条件下制备纳米多晶粉体,另一部分干凝胶经研细过筛之后,埋渗电极和等静压成型为素坯,在1350-1400℃/1h的条件下烧结而成为陶瓷,再经封装和老化即组装成为陶瓷元件.元件的湿敏特性则采用RLC-直流电桥阻抗仪加以测试,其阻-湿线性相关系数r=0.9931,灵敏度S=R33%RH/R94%RH≥103.文中利用多种手段对干凝胶原粉、掺镧多晶粉体以及陶瓷进行了结构表征.FT-IRR R干凝胶含羟基,说明凝胶前驱体发生了水解反应.XRD证明掺镧多晶粉体及陶瓷具有四方晶相结构,原始晶粒尺寸为纳米级且随焙烧温度增高而变大(13.6-37.3nm).SEM对粉体及陶瓷的外观形貌进行了观察表明粉体原始晶粒发生了团聚作用,形成了不同形貌的团聚颗粒,团粒疏松而多孔.团粒的尺寸属于微米级(1-10μm);多晶陶瓷的晶粒外观呈四方晶相,尺寸分布比较均匀,平均约0.8μm,具有清晰的晶界和空隙.     

微结构光纤SPR传感器进展

光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)传感器是未来SPR传感技术发展和系统微型化的自然延伸,但光纤型SPR传感器无法有效解决灵敏度低以及实现多通道测量困难两大瓶颈问题.近年来,该课题组借鉴微结构光纤构建微缩集成SPR传感器的思路,对微结构光纤SPR传感器技术进行了初步探索,其目的是既提高SPR传感器探测灵敏度,同时又解决生物化学传感的多通道测量这两个关键问题.利用微结构光纤实现SPR传感器,可极大地缩小SPR系统的体积,更易于光学器件在光纤中的集成,因而具有广阔的应用前景.     

单翻斗雨量传感器误差来源分析及解决思路

【目的】系统梳理造成雨量误差不确定性的主要来源，有效改善雨量传感器的误差状况。【方法】通过在不同环境条件下，分别用JJS2型雨量校准仪、JJS1型翻斗雨量校准仪，对随机抽取的两台翻斗式雨量传感器开展检定试验，运用丰富的第一手检测数据，逐一分析了温度、湿度、隔板反爬与雨量值之间的关系。【结果】基本确定了误差的主要来源是隔板反爬，并且通过对隔板的改造与调整，两台试验用翻斗式雨量传感器合格率达到了100%。【结论】通过该方案能有效调整翻斗式雨量传感器的误差，对提高气象雨量观测的准确性有极大的提升。     

香港城市大学张文军教授来我院做学术报告

本刊讯：2009年8月28日,应甘肃省科学院传感技术研究所邀请,国际超硬膜领域著名学者、香港城市大学教授张文军前来该所做了题为“纳米硅线的表面掺杂”的学术报告,并根据传感技术研究所的研究方向,提出可以通过表面改性调整硅纳米线的电学性能,无论原来基质硅材料是P型还是N型,所获硅纳米线均为P型半导体,而氧化锌可以在P型和N型半导体间转换,张教授还运用一种全新的理论来解释了这一现象。张教授的报告紧密联系国际学科前沿,