新型可测量大变形的弯曲型光纤光栅裂缝传感器

光纤光栅传感技术以其自身的优势,在结构裂缝监测等工作中得到了广泛的应用,然而由于其自身很容易折断的特点,其测量的范围较小.在前人研究成果的基础上,设计了一种简易弯曲型光纤光栅裂缝传感装置,并通过实验对此传感装置的性能进行了验证.实验结果表明,本裂缝传感装置切实可行,可明显提高普通光栅光纤传感器的测量范围,而且具体良好的重复使用能力,以应对实际工程中裂缝开展情况的不确定性.     

用弱相干白光双干涉系统测量光纤的蠕变

通过实验的方法研究了用于光纤传感器的光纤的蠕变特性. 设计了一个弱相干的白光干涉测量系统, 用该系统测量了光纤在静力拉伸和交变拉伸载荷作用下的蠕变. 研究结果表明, 对采用聚酯涂敷的光纤, 在静载和动载荷的作用下, 开始时均具有较大的蠕变, 但是随着静载作用时间的推移或交变载荷的循环次数的增加, 蠕变将停止. 为了保证压力光纤传感器中光纤的预应力, 建议光纤在装入传感装置以前预先加载一段时间或进行一定次数的拉-松循环加载消除光纤工作时可能产生的蠕变.     

利用啁啾和波长同时可调谐的光纤光栅进行单模光纤？…

提出一种利用悬臂梁同时调节光纤光栅中心波长和线性啁啾的新方法。采用这一方法,对１０ｃｍ长的均匀光纤光栅实现了中心波长和啁啾的同时线性调谐,并将其应用于１９ｐｓ脉冲宽度、１３３ｋｍ单模光纤的色散补偿实验中,取得了良好的补偿效果。     

20 Gbit/s光时分复用信号的产生及其色散补偿传输

采用光纤耦合器环状连接法实现了 8× 2 .5Gbit/s光时分复用信号的产生 .同时 ,利用悬臂梁调节机构对 1 2cm长均匀光纤光栅进行波长和线性啁啾调谐后 ,实现了 2 0Gbit/s信号在 1 0 0kmG6 5 2光纤中的色散补偿传输 ,且补偿效果良好     

利用啁啾和波长同时可调谐的光纤光栅进行单模光纤色散补偿实验

提出一种利用悬臂梁同时调节光纤光栅中心波长和线性啁啾的新方法 .采用这一方法 ,对 1 0cm长的均匀光纤光栅实现了中心波长和啁啾的同时线性调谐 ,并将其应用于 1 9ps脉冲宽度、1 33km单模光纤的色散补偿实验中 ,取得了良好的补偿效果     

一种基于光纤光栅的双月牙弧轮辐式扭矩传感器

设计了一种量程为100 Nm的轮辐式光纤光栅扭矩传感器。该传感器的弹性元件采用轮辐式,并创新地采用双月牙弧形状的辐条结构,大大提高了弹性元件的应变灵敏度。在有限元仿真的基础上,以变形量最大为目标函数,对弹性元件的几何尺寸进行了优化设计。通过仿真和实验验证,该弹性元件的应变量与光纤光栅反射光中心波长的偏移量成线性关系,这种新型轮辐的应变灵敏度比传统轮辐提高近一倍,为18 pm/Nm,重复性误差为±1%。     

利用啁啾光纤光栅色散补偿实现4´10 GHz在800 km普通单模光纤上的传输系统

利用啁啾光纤光栅, 补偿了4×10 Gb/s, 800 km G.652光纤的色散. 由于在制作过程中, 对光栅的性能进行了优化设计, 光纤光栅的功率谱十分平坦, 波动小于 0.9 dB, 时延曲线纹波小于30 ps, 在误码率为10-10时, 传输部分的无误码功率代价分别为1.36, 0.89, 1.67和1.32 dB.     

环境监测与光纤气体传感器

环境监测迫切需要高灵敏度、高可靠性的气体传感器,光纤气体传感器由此得到发展。根据基本工作原理的不同,本文分别介绍了四种类型的光纤气体传感器,讨论了未来光纤气体传感技术的发展方向。     

新一代塑料光纤及其功能开发

与石英光纤相比, 塑料光纤的主要问题是传输损耗大. 采用一种新的光纤结构—蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤, 可以把构成光纤材料的吸收损耗压缩至约10⁴~10⁶分之一, 因而从根本上解决了塑料光纤损耗大的问题. 在此基础上, 充分利用塑料光纤柔软、易弯曲的优点, 可以实现从可见光至太赫兹波(0.4~1000 μm)所有波段信息和能量的低损耗传输. 新一代塑料光纤将成为普遍和大量应用的光纤.     

基于蒙特卡洛方法的闪烁光纤阵列空间分辨率模拟

阐述塑料闪烁光纤对14．1MeV中子的响应机理；建立基于Geant4与MCNPX的蒙特卡洛模拟程序，通过添加发光计算实现MCNPX对中子光响应的计算，并对Geant4进行校验；对14．1MeV中子在闪烁体内产生反冲质子及发光响应进行了模拟；发现并研究了塑料闪烁内由14．1MeV中子产生的反冲质子半高宽，与使用阵列型探测器获得的半高宽的差异；给出使用倾斜狭缝源获得的调制传递函数，结合瑞丽判据获得精确光纤阵列分辨率的方法；对正方形光纤阵列与圆柱光纤（四边形排布与六边形排布）阵列空间分辨率随光纤尺寸变化进行模拟与分析．提出的方法与模拟结果可以用于ICF实验中光纤阵列的优化设计．     

基于MEMS和A蛋白自组装膜抗体定向固定技术的安培型免疫传感器

采用微机电系统（micro electromechanical systems，MEMS）技术制备安培型免疫传感器电极系统，并利用A蛋白和硫醇白组装单层膜（self-assembled monolayer，SAM）设计传感界面，用于抗体的定向固定，研制了一种新型的安培型免疫传感器．首先采用MEMS技术，在硅片上制备“Au，Pt，Pt”微型三电极系统和SU-8微型反应池；然后基于自组装技术，先在金电极上制备巯基乙胺自组装单层膜，利用静电吸附作用在巯基乙胺单层膜上组装A蛋白，再利用A蛋白对抗体的定向吸附作用实现抗体在金电极表面的定向固定．该传感器的研制以低成本、微型化、高度集成，以及实现“片上系统”生物传感器为目标．采用循环伏安法和计时电流法研究传感器的响应特性，与采用块体电极的传统传感器以及采用在电极上直接吸附A蛋白的抗体固定方法相比，该传感器体积小，与CMOS集成电路工艺兼容，对人免疫球蛋白（HIgG）的测定响应快（20s），线性范围宽（50--400μg／L），检出限低（10μg／L），并且易于实现传感器的阵列化和实时多参数检测．     

独立分量分析在伤口感染监测电子鼻技术中的应用

针对传统的伤口感染诊断方法耗时长,操作复杂等问题,提出了一种基于电子鼻和独立分量分析（ICA）的方法来检测常见的伤口感染病原菌。该电子鼻的传感器阵列由6个金属氧化物半导体传感器组成,分别对七种常见病原菌产生响应,然后利用RBF神经网络对经ICA预处理后的数据进行识别。结果表明,ICA对气体传感器阵列测量数据进行预处理,可以简化神经网络的结构,减少计算量,并能提高伤口感染病原茵识别的准确率。     

稀疏均匀非同心电磁矢量阵列的2D-DOA与极化联合估计

本文提出了一种稀疏均匀非同心电磁矢量传感器矩形阵列,针对该阵列提出了一种二维波达方向(2D-DOA)和极化参数的联合估计算法.首先利用稀疏均匀矩形阵列的旋转不变性得到周期性模糊的2D-DOA估计,然后提出一种简易的非同心电磁矢量传感器的2D-DOA估计算法来解模糊,再通过一些三角变换得到高精度无模糊的2D-DOA和极化参数估计,最后推导了该阵列多参量估计的闭式克拉美罗界.本文所提阵列的稀疏配置使得在不增加阵元数和硬件复杂度情况下有效扩展了阵列物理孔径,且由于矢量传感器的使用获得了极化分集,使得2D-DOA的估计精度大大增加.此外本文方法能得到2D-DOA和极化参数之间的自动配对,更为重要的是该阵列使用非同心电磁矢量传感器构成,解决了同心电磁矢量传感器互耦严重、硬件设计困难的问题.仿真结果证明了本文多参量估计算法的有效性.     

基于像素偏振片阵列的实时动态相位测量技术

基于像素偏振片阵列的实时相移干涉计量技术可以实现实时相位测量,并降低干涉计量实验中的防振要求.本文采用电子束曝光技术制备了单元间距为7.4?m,像素数为320×240的基于铝纳米光栅的像素偏振片阵列.铝纳米光栅周期为140 nm,每相邻2×2单元的透偏振方向分别为0°,45°,90°,和135°.将像素偏振片阵列集成到感光元件上,并将其应用于实时相移干涉计量.采用线性插值的方法由采集的单帧图像获得4幅不同相移量时的干涉条纹图,从而解得物光波的位相信息.采用上述装置成功测量了由温度变化引起的相位动态变化,证实了该方法在实时动态相位测量应用的可行性.     

石墨烯气凝胶全柔性触觉传感器的设计、组装及性能

针对柔性触觉传感器存在的设计难度大、抗干扰性差、不易封装以及线路布置困难等问题,基于Storakers材料模型的应变能密度函数发展了一种基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel, GA)的具有“气泡膜”结构的全柔性触觉传感器的设计方法.通过模拟分析发现,相对于“三明治”结构,“气泡膜”结构的GA柔性触觉传感器具有更好的抗干扰性.在此基础上,设计并组装了“气泡膜”结构的GA全柔性触觉传感器,通过实验证实该GA全柔性触觉传感器具有优异的传感特性、力学特性和抗干扰特性.同时,设计开发了压阻式传感阵列的信号采集系统,并成功实现了其对力的大小、物体位置和形状等信息的实时采集和传感监测.     

基于支持向量机和粒子群算法的电子鼻伤口感染检测

针对传统的伤口感染诊断方法耗时长,操作复杂等问题,提出了一种基于电子鼻和支持向量机(SVM)的方法进行伤口感染检测,分别检测非感染和三种常见病原菌感染的大白鼠伤口顶空气体,然后利用 SVM对实验数据进行识别.同时,鉴于传感器阵列的优化以及 SVM参数选择对其分类准确率有重大的影响,提出一种基于粒子群算法(PSO)的传感器阵列和 SVM参数同步优化方法.实验结果表明,SVM结合 PSO与传统的神经网络以及遗传算法相比,极大提高伤口感染检测的准确率     

一种新型大量程裂缝光纤传感器

裂缝一直以来是判断混凝土结构健康程度的重要标志,然而对于一些混凝土结构一定开度的裂缝对结构本身安全情况影响不大,但当裂缝继续开展到一定的程度时就要采取必要的措施进行维护.本文基于光纤宏弯曲损耗理论提出了一种大量程裂缝传感器,并介绍了裂缝感知原理,然后通过有机玻璃板模拟裂缝开展,验证了此传感器的可行性.最后,通过将此传感器埋入混凝土梁,对此传感器的实际应用能力进行了进一步的验证.实验表明,该传感器可对混凝土结构上大裂缝的开展情况进行持续性的监测.     

电容压力微传感器数值分析

用伪谱算法对电容压力微传感器极板膜在均匀载荷条件下的弯曲行为作了数值模拟, 叙述了伪谱算法原理, 并将其用于微传感器的载荷与电容关系分析. 对于非接触式电容压力微传感器, 只有在小载荷(引起的最大垂向位移甚小于极板膜厚度)的条件下, 才可以忽略作用于极板膜的中平面的张力, 此时, 微传感器的电容与载荷之间呈线性关系. 当进一步增加载荷时, 两者的关系呈非线性, 电容随载荷的增大迅速增加. 对于接触式电容压力微传感器, 给出了接触半径的计算公式, 数值计算了载荷与电容关系曲线, 为压力微传感器分析和设计提供了理论依据.     

基于Zigbee的煤矿无线数据采集系统设计与实现

根据煤矿环境的特点,提出了一种基于Zigbee技术的适用于煤矿巷道多参数采集的无线传感器网络检测系统。该系统利用多种传感器,通过无线传感器网络实现对井下环境及生产参数的实时监测和智能预警。采用RS-485通讯协议及硬件模块化,实现了传感器的灵活添加与监测计算机软件稳定性的增强。通过实验证明了该系统设计的可行性和良好的稳定性。     

无机薄膜光栅的制备及其衍射特性研究

有效地结合激光干涉法和化学刻蚀法,提出一种制备高密度、高衍射效率无机光栅的新方法．采用溶胶．凝胶法和化学修饰法合成具有紫外感光性的含锆溶胶,并在（100）硅基板上制备含锆感光性凝胶薄膜．利用该薄膜,结合激光干涉技术和热处理工艺制备出周期为1μm的无机ZrO2薄膜光栅．为了提高光栅的深宽比,采用碘饱和的KOH各向异性刻蚀剂对无机光栅进行湿法化学刻蚀,从而有效地提高了光栅的衍射效率．对刻蚀后的光栅进行表面镀金处理,提高光栅的表面光洁度和反射率使得光栅的衍射效率得到进一步的提高．