基于煤矿瓦斯浓度的窄带光源谐波检测技术研究

在对煤矿瓦斯气体浓度的检测中,由于噪声、气体的吸收峰很窄、光源波长随温度的漂移等原因将引起测量的不稳定,通过采用对激光器的中心波长和气体吸收峰中心波长对准,测量光经过气体时的损耗就可以检测气体的浓度,利用一次谐波作为误差信号,可将光源精确地锁定在气体吸收峰上,并给出了窄带光源谐波检测的理论依据.实验结果表明,该方法可应用于甲烷气体浓度的光谱测量,它具有高精度、强选择性、快速响应等特点.     

基于光声技术的火灾气体探测系统设计

近年来，针对标识性气体的探测成为火灾探测技术中发展最活跃的领域之一。将可检测极低浓度的某一气体的光声检测技术应用于极早期火灾气体产物的检测是一个新的尝试，将可能实现高灵敏度、高可靠性的火灾探测。但常规光声气体检测设备结构复杂、价格昂贵，必须恰当的重新设计才能应用到火灾探测系统中。分析了该技术在火灾探测中应用的关键问题,并提出了一种利用光声腔和光源间的“自由吸收路径”进行测量的光声气体探测系统，避免了对光源的窄带滤波要求，实现了在线式的气体检测。起始状态下，光声腔密封有纯CO气体，吸收光源中4.6 μm的辐射，产生一定强度的初始光声信号；当火灾气体产物流经吸收路径时，其中的CO气体吸收使到达光声腔的光辐射在4.6 μm波长上发生衰减，导致光声信号减弱，这个信号的变化量就反映了吸收路径中的CO气体浓度。     

高精度液压试验台的油温自动控制研究

从降低液压试验台温控系统的成本而又保证温控精度出发，分析影响温控精度提高的主要因素，提出了采用串级双闭环负反馈的温控方案，并应用辨识技术获得了被控对象的较精确的数学模型，通过两级校正，使温控精度达到了５０±１℃。     

紫外空芯光纤光谱式气体传感系统特性

利用内表面镀铝空芯光纤在紫外-可见光波段的低损耗特性,结合宽光谱光源和光谱仪,搭建了紫外-可见光波段的吸收谱式气体传感系统.理论研究了系统参数对吸光度的影响,对影响系统信噪比的因素进行了优化.实验测量得到了系统光源的发散角色散曲线,研究结果表明在宽谱光源下,为获得准确的损耗或吸收特性,需要根据系统光源发散角的色散特性对测试结果作相应的补偿.在255nm波长带对不同浓度甲苯气体进行了测量,得到了线性的甲苯浓度-吸光度曲线,精确度可达ppm量级.该传感系统搭建方便,测量迅速,对于在线传感监测及多波长测量具有很好的应用前景.     

基于PbSe量子点近红外光源的氨气检测

研制了一种新型光致发光PbSe量子点窄带近红外光源,并将其应用在NH_3气体检测系统中,可以为相应的探测器省去滤光片.采用配位溶剂方法合成出大小均匀,排布规律的6.1 nm的PbSe量子点,沉积到GaN发光芯片上,制成光致发光的近红外光源,其第一激子吸收峰位于1 862 nm,光致发光峰位于1 943 nm,其发射光谱包含了1 900~2 060 nm之间的NH_3气体的全部吸收谱.这种量子点光源与驱动电路、气室和后端检测电路构成NH_3气体检测系统,实际测试结果表明,系统的检测下限可以达到5×10~(-5),系统的检测误差为2%.这种新型的量子点近红外光源在气体检测中有着较好的应用前景.     

基于光纤环衰荡腔的甲烷传感系统

为测量甲烷气体浓度,设计基于光谱吸收原理测量气体浓度的传感系统。该系统利用光纤环衰荡腔代替传统的光学腔,使光源产生的光脉冲信号在光纤环中多次循环吸收,延长了吸收路径,从而大大缩短了气室长度。利用该系统对甲烷气体浓度进行测量,对测量结果的参数进行分析,并通过实验仿真得到甲烷气体浓度与光脉冲信号衰荡时间的关系。结果表明:实验结果与理论相符,证明所设计系统正确可靠。     

光纤气体传感器的研究

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的机理,研制一种光纤式气全监测仪。根据被测气体的吸收峰对应的波长选择ＬＥＤ作为光源。采用不同频率的光源驱劝电路实现多种气体浓度的产时检测。为保证测量精度,信号处理采用相敏以及测量信号与参考信号比值技术。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,系统具有一定的检测灵敏度和精度。仪器和系统不驻适于甲烷和乙炔气体浓度的检测,稍加改变结构参数,也可测量其它气体的浓度。     

光谱吸收式瓦斯气体传感器及其信号处理方法

基于气体在其特征吸收波长下光的吸收随浓度变化的机理,通过对甲烷气体吸收光谱的分析,建立了谐波检测的数学模型,提出了一种光谱吸收式甲烷气体检测系统。该系统以1 654nm为中心波长的半导体激光二极管(LD)作为光源,并采用波长响应范围为1.0~2.9μm的高灵敏度、低噪声的PbS前置放大光电探测器。通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,利用选频放大器对传输信号进行二次谐波检测及噪声滤除,利用一次谐波与二次谐波的比值来消除由光源的不稳定等因素所引起的检测误差。研究表明,灵敏度、精确度和稳定性等性能指标均可满足甲烷气体检测的要求。     

基于光纤传感器的甲烷气体浓度信号采集方法

基于光谱吸收法设计了一种反射型光谱吸收光纤传感器网络结构,该结构可以完成对远距离多点甲烷气体浓度的实时测量。为了能够保证光谱扫描波长中心值与甲烷气体吸收峰相同,激光光源通过波长调制光谱完成调制,采用调整三角波的幅值与偏移量对光源波长进行调整。在接收端,为了对光电信号进行有效的采集,设计了一种多点高速信号的采集方法,并分析其调制深度的影响。实验证明,软件采集算法以及合适的调制深度能够满足工程中光纤气体传感器多点采集的精度要求。     

基于PLC的双波长双光路DFB LD瓦斯气体检测技术

针对传统热催化瓦斯检测技术和光纤传感瓦斯检测技术的不足,提出了一种新的瓦斯气体检测方案.根据双波长双光路DFB LD光谱吸收原理,采用Siemens PLC控制技术,设计了瓦斯气体传感器和瓦斯气体检测系统.实验结果表明,该系统拓宽了检测范围,具有精度高、稳定性好、寿命长等特点,并能消除光路干扰和光源输出功率不稳定等因素.     

甲烷气体检测中半导体激光器的温度控制

采用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的气体浓度检测系统,其半导体激光器（LD）的输出波长在注入电流恒定的情况下受温度影响很大。高精度的LD温度控制能够保证光源输出光谱的中心波长位于待测气体吸收峰。针对LD温度控制技术的特点,采用两级温度控制的思想,一级保证LD外部工作环境温度稳定在一个小的区间内,另一级是以LD组件热电制冷器（TEC）和热敏电阻（RT）结合模拟的比例—积分（PI）环节来实现温度稳定。实验结果表明,设计的温度控制系统具有良好的稳定性,检测精度可达0.01℃,满足实验的要求。     

Numerical study of three phase shifts and dual corrugation pitch modulated (CPM) DFB semiconductor lasers based on reconstruction equivalent chirp technology

A distributed feedback (DFB) semiconductor laser with three phase shifts based on reconstruction equivalent chirp (REC) tech-nology is proposed and investigated numerically. With the combination of multiple phase shifts and corrugation pitch modulated (CPM) structure, we also propose a novel and more complex structure named dual CPM, which has a flatter light power distribution along the laser cavity compared with the true double phase shifts DFB laser diode (LD), while the P-I curves are nearly the same. The proposed dual CPM structure is also designed and analyzed based on REC technology. The simulation results show that, the DFB semiconductor laser with complex structure such as phase shifts, or even arbitrary variation of the grating period can be achieved equivalently and easily by changing the sampling structure. But its external characteristics are almost the same as those DFB lasers with true phase shifts, or true arbitrary variation of the grating period. The key advantage of the REC technology is that it varies only the sampling structure and keeps the seed grating (actual grating in sampling structure) period constant. So its fabrication needs only low-cost and standard holographic exposure technology. Therefore we believe this method can achieve the high-end and low-cost DFB LD for mass production.     

Emission characteristics of surface second-order metal grating distributed feedback semiconductor lasers

To obtain high-power semiconductor lasers with stable operation in a single longitudinal mode and improve the characteristics of the output beam,an end-emitting surface second-order metal grating distributed feedback(DFB) laser emitting at around 940 nm is fabricated.The characteristics of the uncoated devices with and without gratings are tested under room temperature continuous-wave conditions without any temperature-control device and compared.The devices with gratings achieve high powers of up to 385 mW/facet and a small lateral far-field angle of 2.7° at 1.5 A,have only 4.13 nm/A wavelength-shift,and 0.09 nm spectral linewidth at 600 mA,and operate in a stable longitudinal mode.Devices without gratings operate in multimode,with a larger lateral far-field angle(7.3°) and spectral linewidth(1.3 nm),although with higher output powers.Because of the integration of second-order metal gratings and their very high coupling capability,the output beam quality is improved greatly,the lasing wavelength is stable and varies slowly with changes in injection current,while the spectrum is narrowed dramatically,and the far-field angles are greatly reduced.This opens the way for the realization of watt-scale power broad-stripe(>100 μm) surface second-order metal grating end and surface-emitting DFB lasers and arrays with single frequency,single mode operation and high output beam quality.     

环形腔吸收型光学双稳器件的静态研究

本文以二能级均匀展宽原子系统的 Maxwell—Bloch 方程的静态解为基础,对环形腔吸收型光学双稳器件作了较全面的静态研究。推导出了此器件具有光放大性的条件和光放大区的范围,求出了此双稳器件差分增益的最大值,及此时的归一化入射光强和透射光强,并推导出了此器件差分增益最大值随合作参数的变化规律。同时,证明了这一器件不可能作为光强稳定器。     

基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪的波长解调技术研究

对基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤光栅Bragg波长解调原理进行了分析,模拟仿真了干涉仪的输出谱,并讨论了其输出电路的运算形式.实验研究了基于Mach-Zehnder干涉仪的温度传感系统的波长解调方案,该系统达到0.7 pm的波长检测精度.     

耦合式光纤温度传感器光源波长漂移的软件补偿

用强耦合理论分析了耦合式渐逝波温度传感器的传感机理,在此基础上设计了一种基于单片机的温度传感系统,并引入硬件和软件双重补偿修正,来消除前端电路噪声影响,达到提高测量结果稳定性的目的.针对半导体激光二极管随环境温度变化的光谱漂移特性对测量结果造成的影响,通过大量实验并综合考虑成本因素,提出一种基于软件补偿的解决方法,即通过增强型单片机片内集成的温度传感器完成对测量结果的补偿,从而获得光纤温度传感器上的准确温度值.实验证明,经过补偿后的温度测量精度达到±1 ℃.     

低维电子气的费密能量与温度的关系

在探索新型材料的过程中 ,人们发现金属材料的一系列实验现象不能由三维电子气的费密能量与温度的关系来解释 ,但它们具有明显的低维特征 ,为此 ,该文研究了低维电子气的费密能量与温度之间的关系。研究结果表明 ,在低温情况下 ,低维电子气费密能量随着温度的变化关系与三维电子气是不相同的 ,尤其在一维情况下 ,电子气费密能量的变化量随着温度的变化规律与三维时恰恰相反。     

径向基概率神经网络结构的遗传优化

运用遗传算法(GA)来优化设计径向基概率神经网络(RBPNN)结构，优选了隐中心矢量和优化求取对应的核函数控制参数．提出的染色体编码方式，充分体现了所选隐中心矢量在模式样本空间中的数量及位置分布，同时还包含了相适应的棱函数控耕参数信息．新构造的适应度函数不仅有效地控制了网络输出的误差精度，而且还能够使得RBPNN结构优化趋于最简．将IRIS分类问题用于检验该算法的有效性并与ROLSA和MKM进行了比较研究，结果表明，GA的优化效率最高，而且GA优化后的RBPNN在推广能力方面也没有明显下降．     

基于激光吸收光谱的水泥工业废气检测方法

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术具有灵敏度高、选择性强、响应快速等特点。利用中心波长为1 579nm的光通信波段光纤耦合近红外分布反馈(DFB)式半导体激光器,结合波长调制技术,建立了基于TDLAS的水泥工业废气实时检测实验装置。通过波长调谐使激光波长同时覆盖CO和CO2的吸收线,实现对这两种成分的同时检测。CO和CO2的最低检测浓度可达4×10-5(体积分数),满足对水泥工业废气的检测要求。     

YAG:Ce~(3+)荧光粉最佳配方及其烧结工艺的探究(英文)

由于YAG:Ce3+荧光粉在白光发光二极管中的广泛应用,使其受到越来越多的关注.但是出于商业利益,其最佳配方和烧结工艺却是保密的.利用固相法,通过控制所掺杂Ce3+的浓度及调节烧结温度制备一系列YAG:Ce3+荧光粉.测试结果表明:当激发光波长为460 nm时,该荧光粉的发射波长为540 nm;最佳掺杂Ce3+的浓度及烧结温度分别为2%和1 400℃;此外,发射波长有红移的现象,此更符合现代固态照明对色度的需要.