基于光子晶体微腔和光纤环形衰荡的微力传感器

提出一种基于光子晶体微腔的高灵敏度的微力测量方法.首先,提出一种M型结构的梁作为传感探头,使系统在受到微力作用时,仅有光子晶体微腔的空气孔折射率发生变化而引起谐振波长的漂移,极大地提高了传感器的线性度和测量范围.然后,对微纳环结构的光子晶体微腔结构进行优化设计,获得了品质因子高达7100的微腔.最后,选择合适的实验器件及其特性参数,搭建基于光纤环形衰荡的波长解调系统,实验结果表明该系统的波长解调灵敏度为90μs/nm,所设计的微力测量系统的灵敏度可达194.616μs/μN.     

高灵敏度光纤MZI折射率传感器

首次在实芯光子晶体光纤中制备了横向大偏置结构光纤马赫-曾德尔干涉仪折射率传感器,并理论分析了此种干涉仪的干涉机制和折射率传感特性,以及影响折射率传感特性的各种因素;搭建实验系统,测试了折射率传感特性。结果表明,腔长330 μm传感器的干涉谱对外部环境折射率变化的响应成线性,透射谱随环境介质折射率增大而向短波方向移动,灵敏度超过-15 100 nm/RIU,灵敏度与腔长长度无关,光子晶体光纤的气孔对折射率传感特性影响很小。此种高灵敏度的光纤微腔折射率传感器适用于液体或气体的快速检测领域。     

基于缺陷磁流体光子晶体的磁场传感器研究

基于磁流体的折射率可随外磁场的变化而变化,提出利用传统的电介质材料和磁流体构成含缺陷的光子晶体结构来实现磁场传感。光子晶体缺陷层可以是传统的电介质,也可以是磁流体。利用传输矩阵法比较研究了两种情况下的磁场传感特性。计算结果表明,两种结构的缺陷模特性随光子晶体结构参数的变化规律基本相同,但以磁流体为缺陷层的缺陷光子晶体结构具有相对较高的探测灵敏度。研究结果为实际磁场传感器的设计、制备提供了参考。     

基于缺陷磁流体光子晶体的磁场传感器

基于磁流体的折射率可随外磁场的变化而变化,提出利用传统的电介质材料和磁流体构成含缺陷的光子晶体结构来实现磁场传感。光子晶体缺陷层可以是传统的电介质,也可以是磁流体。利用传输矩阵法比较研究了两种情况下的磁场传感特性。计算结果表明,两种结构的缺陷模特性随光子晶体结构参数的变化规律基本相同,但以磁流体为缺陷层的缺陷光子晶体结构具有相对较高的探测灵敏度。研究结果为实际磁场传感器的设计、制备提供了参考。     

磁流体的折射率可调谐特性分析

从理论上分析出温度和磁场是影响磁流体折射率的两大因素,并根据菲涅尔反射原理设计具有独立传感探头的磁流体折射率特性测量方案,实验得出温度和磁场对磁流体折射率的影响特性.结果表明:对于浓度一定的磁流体,在零磁场作用下,折射率随着温度的升高线性下降,灵敏度为-802×10-5℃-1;温度恒定时,在外加平行磁场作用下,磁流体的折射率随着磁场强度的增大而增大,且结果具有良好的一致性.得到的磁流体的可调谐折射率特性为磁流体填充到光子晶体光纤(光栅)中实现磁场和温度传感提供了理论基础.     

新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究进展

天津大学在973计划项目的资助下,开展了光纤传感技术相关研究.其主要内容包括设计了基于光子晶体光纤的填充银线的PCF-SPR传感器,最佳灵敏度为2 400 nm/RIU;设计了一种基于液芯光子晶体光纤的PBG-PCF温度传感器,传感器的最高分辨率为4×10³ nm/RIU;设计了基于甲苯-氯仿混合溶液填充的光子晶体光纤可调谐热敏光开关,通过改变溶液配比实现不同温度跃变点;构建了基于光微流体理论的3种结构模型,并针对模式场分布及磁场探测展开了研究;构建了基于L波断掺饵光纤放大器的光纤内腔气体传感系统,其绝对误差小于0.04%;针对传感器结构、解调光路、解调算法,设计并优化了F-P传感系统;提出了针对光纤传感网的评估鲁棒性模型,开展了梳状暗调谐光源技术和OFDR技术在光纤传感网检测方面的研究.     

基于金银复合膜的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器

为了优化基于D型光子晶体光纤单层金属膜折射率传感器的性能,提出了一种基于金银复合膜的D型光子晶体光纤表面等离子体共振(PCF-SPR)效应传感器.该传感器具有结构简单、灵敏度高、能有效减少银的氧化、半高宽窄等优点.利用有限元法对所提出的传感器结构进行了模态分析,以评估该传感器的各项参数.仿真结果表明：在纤芯小空气孔直径为0.20μm、大空气孔直径为0.75μm、气孔间距为2.00μm、金膜的厚度为15 nm、银膜的厚度为30 nm时,最大折射率灵敏度为6 400.00 nm/RIU,分辨率为1.56×10^-6 RIU;在相同结构中,相比于单层金膜的折射率灵敏度提高了120%,分辨率提高了95%.该传感器可应用于高灵敏度折射率传感或温度传感等领域.     

基于高阶模干涉的双参量同时测量传感器的实验研究

提出一种单模-多模-单模(SMS)与光纤布拉格光栅(FBG)级联的传感结构,利用了多模光纤内的高阶模干涉原理实现传感测量.本文采用了同长度芯径分别为50μm和60μm的多模光纤.实验结果显示,在SMS结构中,芯径50 μm和60μm的温度灵敏度分别为0.095nm/℃和0.127nm/℃,采用大芯径多模光纤略有提高SMS结构的温度灵敏度;折射率灵敏度分别为61.96nm/RIU和128.11nm/RIU,采用大芯径多模光纤大大提高了SMS结构的折射率灵敏度,该传感器能够用于温度和折射率的同时测量.     

一维环形镜像缺陷态光子晶体结构传感特性研究

基于光子晶体的局域特性与禁带特性,提出了一维环形镜像缺陷态光子晶体结构。镜像结构的引入将在光子晶体的中心处形成缺陷腔,从而在透射光谱禁带中获得谐振透射峰。利用传输矩阵法建立谐振峰值波长与待测样本参数之间的传感模型。将原波导结构中的介质B挖空形成环形空气凹槽从而可得到改进后的环形镜像空气栅光子晶体结构,进而通过观测谐振峰值波长的漂移来实现气体样本参数的动态监测。仿真结果表明,结构的传感Q值可达1 739.48,灵敏度约1 642 nm·RIU~(-1),证实了该传感结构的有效性。该结构可为空气污染监测和气体成分分析提供一定的理论依据。     

磁组装辅助乳滴模板聚合法制备pH响应光子晶体微传感器

为了解决响应性光子晶体微传感器响应时间长、检测精度不稳定的问题,采用磁组装辅助乳滴模板聚合法制备一种可快速可视化监测局部微环境pH的响应光子晶体微传感器,采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶转换红外光谱仪和光纤光谱仪等对制得的pH响应光子晶体微传感器进行结构与性能表征,研究该微传感器在不同pH溶液中的响应变色性能、响应时间和循环稳定性。结果表明：该微传感器直径约为8μm,微观结构为嵌有周期性组装磁性胶体粒子链的响应性凝胶微球;当介质环境pH由3.6变化到7.8时,该微传感器衍射光波长从443 nm红移到641 nm,结构色从蓝色变成红色;该微传感器响应快,响应时间为3 s,具有良好的循环稳定性,并在保存30 d后仍保持良好的检测性能。     

东鞍山贫铁矿石磁选预富集行为

针对东鞍山贫铁矿石(Fe质量分数34.60%)中含有赤铁矿、磁铁矿和少量的菱铁矿,提出了一种弱磁粗选-高梯度扫选的预富集工艺,并借助XRD、铁的化学物相分析及扫描电镜(SEM)考察了磁场强度和原料磨矿细度对东鞍山铁矿石预富集行为的影响.结果表明,在磨矿细度-0.074mm占70%(质量分数)、弱磁粗选磁场强度120mT、高梯度扫选Ⅰ磁场强度300mT及高梯度扫选Ⅱ磁场强度800mT的条件下,可获得Fe质量分数42.67%、回收率95.45%的预富集精矿;磁铁矿富集于弱磁粗选作业中,赤铁矿和菱铁矿在高梯度扫选作业中得到有效富集,尾矿中丢失的铁矿物主要为微细粒赤铁矿(＜10μm),由于受到的磁性捕获力弱而无法得到回收.     

大西沟难选菱铁矿石综合利用新工艺

采用强磁预选—磁化焙烧—磁选联合工艺对大西沟难选菱铁矿石进行试验研究.结果表明:在磨矿细度-74μm占55%、强磁粗选磁场强度318kA/m、强磁扫选磁场强度717kA/m的条件下，可得到TFe品位为28.47%、回收率为96.78%的强磁精矿；强磁精矿在中性气氛中于焙烧温度700℃、焙烧时间40min、磨矿细度-43μm占95%、弱磁选磁场强度104kA/m的综合条件下，获得TFe品位为59.29%、回收率87.50%的精矿产品.XRD、光学显微镜和VSM等分析结果表明:难选菱铁矿和褐铁矿经焙烧后转变为易选磁铁矿，新生成的磁铁矿表面疏松多孔，多呈胶状，与脉石矿物紧密共生，其磁化强度和比磁化系数均显著提高.     

纳米晶体磁环对磨粒传感器灵敏度的影响

为了提高在线式磨粒监测传感器的监测灵敏度,设计了一种内置纳米晶体磁环的电磁式磨粒传感器.通过建立传感器内部磁场分布及输出感应电动势的数值模型,系统地研究了传感器感应线圈磁环和激励线圈磁环尺寸特征对磨粒监测灵敏度的影响规律.仿真及实验结果表明:纳米晶体磁环对传感器灵敏度具有显著影响.具体表现为:为激励线圈和感应线圈同时添加特定尺寸的磁环可使磨损颗粒引起的传感器输出感应电动势幅值增大4~7倍.该方法可大幅提高传感器对微小磨粒的监测能力,对大型机械设备的早期故障诊断和故障预警具有重要意义.      

恒定磁场对神经元延迟整流钾通道特性的影响

为了研究中等强度恒定磁场（静磁场）对神经细胞离子通道特性的影响,利用线圈及磁铁产生3mT、30mT和100mT的恒定磁场,作用于急性分离的小鼠额叶皮层锥体神经元,应用全细胞膜片钳技术研究其延迟整流钾通道特性．实验发现,中等强度恒定磁场使神经细胞延迟整流钾通道电流峰值减小．磁场作用可显著改变激活过程,使激活曲线的半数激活电压和斜率因子发生改变．结果表明,3mT、30mT和100mT恒定磁场可改变神经元延迟整流钾通道特性,从而影响神经元的生理功能．     

轧制道次间插入冷却对特厚钢板组织与性能的影响

使用实验轧机旁冷却装置配合轧机进行轧制实验，研究轧制道次间不同冷却工艺对特厚钢板组织和性能的影响规律.研究结果表明:采用道次间冷却工艺可以在全厚度方向获得组织细化及强韧性提高效果，采用强冷道次间冷却实验钢1/4处晶粒尺寸可细化至10μm，强度为376MPa，-40℃冲击功为169J;心部晶粒尺寸可细化至15μm，强度为360MPa，-40℃冲击功为123J.本工艺可形成470μm厚表层细晶层，晶粒尺寸可细化至5μm;粗轧道次间插入冷却工艺轧制钢板强度和冲击韧性优于中间坯冷却工艺;随冷却强度增加，钢板内部组织明显细化且强度大幅提高.     

异径轧制对AZ31镁合金薄带微观组织的影响

考虑到轧制镁合金薄带板形的控制精度要求,采用小辊径同径轧制和异径轧制工艺分别制备了0.5,1.0 mm的AZ31镁合金薄带,研究不同工艺过程中板材内部晶粒微观组织的变化规律以及同径轧制与异径轧制在轧制过程中的对称性问题.结果表明:0.5 mm异径轧制和同径轧制板带的晶粒尺寸分别为8.8和10.1μm,1.0 mm的分别为13.6和16.7μm.0.5 mm的异径轧制与同径轧制的单元等效塑性应变最大值分别为0.42和0.29,1.0 mm的分别为0.75和0.66,与实验结果相符.0.5 mm同径轧制的特征节点在板带上中下部的等效米塞斯应力和剪切应力分布对称,异径轧制的分布非对称.0.5 mm板带经过250,300,350℃退火1 h后,异径轧制的晶粒长大较缓慢,同径轧制的晶粒长大较快.350℃下,异径轧制的晶粒尺寸为9.8μm,同径轧制的为24.9μm.     

核壳结构柠檬酸改性纳米磁性颗粒的特性研究

 采用了两步法制备柠檬酸改性纳米Fe₃O₄磁性颗粒。对样品进行了傅立叶红外光谱（FTIR）、Zeta电位分析、透射电镜(TEM)、热重分析(TG)和磁化曲线测定等表征分析,并对柠檬酸吸附特性进行了研究。所得柠檬酸改性Fe₃O₄纳米颗粒粒径约为30 nm, 磁性颗粒饱和磁化强度可达38.9 emμ/g,可用于药物载体研究。     

添加剂对锶永磁铁氧体的改性研究

以锶永磁铁氧体YF28的预烧料为原料,采用工业生产工艺,分别制备不同添加剂的锶永磁铁氧体,并对其性能进行研究.结果表明,添加微米级CaCO3和SiO2的永磁铁氧体产品的剩磁和矫顽力分别为388 mT和241 kA/m,而添加纳米级CaCO3和SiO2的产品,其剩磁和矫顽力分别上升至397 mT和261 kA/m;在添加纳米级CaCO3和SiO2的基础上,再分别加入La2O3和Pr6O11添加剂,最大剩磁分别上升至414 mT和430 mT,但矫顽力分别下降至246 kA/m和241 kA/m.     

高磁导率锰锌铁氧体的性能研究

本文叙述了用化学共沉法和普通真空烧结工艺，制备出高μｉ锰锌铁氧体材料．其性能为：μｉ：５５００—７０００，αμ：０．９—１．１×１０－６（２０—７０℃），Ｂｓ：３９０－４２０ｍＴ，Ｈｃ＜８Ａ／ｍ，Ｔｃ＞１３０℃．试验中对材料的配方和烧结进行了重点研究。     

电磁场对固定化活性污泥磁性微球处理污水的影响

设计了带电磁场的污水处理装置,通过测定污水CODcr的去除率考察装置的运行效果,并获得初步的污水处理工艺参数.固定化活性污泥磁性微球在磁场中进行污水处理实验结果表明:当磁场强度为8.50 m T时,处理污水的CODcr去除率可达87.57%;当磁场强度为80.7mT时,处理污水的CODcr去除率可达98.42%.