基于光子晶体光纤F-P腔的高压电器温度传感器系统

基于光子晶体光纤F-P的窄带滤波特性和液晶折射率对温度变化敏感特性,提出了一种用于高压电器温度测量的温度传感器系统.该系统主要由液晶填充的光子晶体光纤F-P腔传感器、光纤F-P滤波器、放大电路和显示模块组成.将向列型液晶填充在光子晶体光纤F-P腔内,温度变化引起最大反射光强点波长的变化,采用光纤F-P腔滤波器解调出光波...     

自适应气体检测光子晶体光纤传感器设计

针对光子晶体光纤在传感技术和非线性传感系统应用中面临的传输模式突变、检测精度受模式变化而降低等方面问题,研制了一种具有低损耗高抗压的气体检测光子晶体光纤传感器.根据非线性传感系统和光子晶体光纤的带隙材料布局建立了损耗分析模型,并总结了孔距和包层直径对损耗的影响,从而建立损耗感知算法;对比单模、二阶模及异构孔对损耗的影响,建立了模式自适应调制算法;研制了一种基于损耗感知支持模式自适应调制的用于气体检测的光子晶体光纤传感器.测量系统的实验结果分别从损耗.检测精度和抗压等方面证明了所提方案研制的光纤传感器的可靠性和优越性.     

光子晶体的研究及其在传感器中的应用

光子晶体是指具有光子带隙(PBG)特性的人造周期性电介质结构,有时也称为PBG光子晶体结构。按照光子晶体的光子禁带在空间中所存在的维数,可以将其分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。光子晶体传感器应用包括应变传感器、温度传感器、化学传感器、光子晶体光纤传感器、长周期光纤光栅(LPFG)生物传感器、LPFG化学传感器等。本文从光子晶体传感器的概述、研究现状和应用几方面对光子晶体传感器的应用进展进行了综述,希望对光子晶体传感器有一个比较全面的了解。     

考虑温度影响的砷化镓光子晶体压力传感器的设计与研究

提出了一种由双通道滤波器构成的砷化镓光子晶体压力传感器,利用波导与腔耦合实现窄带滤波,双通道分别实现压力探测和温度探测的功能。以室温25℃、0压力的情况作为参考,在温度为-25~45℃、压力为0~2GPa的范围内,根据滤波器的滤波波长分别与温度和压力之间的线性变化关系,探测温度和压力。同时还分析并比较了极端温度情况下滤波波长的变化,确定温度变化对压力测量造成的影响,在较恶劣的情况下温度变化不可忽略。分析得出未考虑温度响应的压力灵敏度约为16.6nm/GPa,消除温度响应后压力灵敏度约为15.9nm/GPa,品质因子高达5696。     

基于强度解调的Fabry－Perot型光纤MEMS压力传感器

运用微机械系统加工技术制作了一种新型法布里-珀罗干涉型光纤微机电系统压力传感器,该传感器通过测量反射光谱的移动测量压力.运用多腔干涉原理对该传感器进行理论以及模拟分析得出,通过改变压力传感器的尺寸可较容易的调节压力线性测量范围和灵敏度.实验结果表明,在压力线性测量范围[0.1～1.0]MBa内,灵敏度可达到12.71 nm/MPa(光谱移动/压力).     

介观压光型加速度传感器

对于光子晶体而言,角度、厚度、周期数等对其透射率产生很大的影响,但相对于这些,轴向压力的影响更大。通过对介观压光效应的应用,用光子晶体代替传统的力敏电阻器,设计一种新型的加速度传感器,使其测量精度得到很大的提高,测量量程也有很大的改进。所设计的加速度传感器采用四端固支梁结构,有效地消除了偏轴效应,具有很好的稳定性。利用ANSYS软件对所设计的结构进行了应力模拟分析和三阶模态分析。这种加速度传感器具有很大的优势,可以运用到以后的航天、军事、车辆等领域。     

基于镜像异质三周期光子晶体介观压光效应的加速度传感器*

利用镜像异质三周期光子晶体的介观压光效应,用其来代替传统压阻式加速度传感器中的压敏电阻膜,设计出一种新型的高灵敏度加速度传感器。该加速度传感器采用四端固定梁结构,有效地消除了偏轴效应,具有很好的稳定性,在室温下其可测量的加速度范围为0~137gn。利用ANSYS软件对所设计的光子晶体加速度传感器进行静态分析和模态分析。可以看出在悬臂梁根部具有最大的应变值,而且第一模态频率与其他模态频率相差较大,可以有效降低交叉耦合。将光子晶体置于悬臂梁根部具有最大的感应灵敏度。这种加速度计具有很大的优势运用到以后的航天,军事等领域。     

一种基于忆阻器的大测量范围新型曝光量传感器

为了增大曝光量传感器的测量范围,提出了一种基于忆阻器的新型曝光量传感器设计方案.该传感器主要由光敏电阻、限流电阻和忆阻器组成.光敏电阻的阻值随着光照度的变化而变化,引起回路电流的变化,然后以变化的回路电流激励忆阻器.依据记忆特性,传感器以忆阻器的阻值来表征物体被辐照时光照度在一段时间内的积分值,从而实现对曝光量的测量.实验结果表明,曝光量传感器实现了对曝光量的测量,且具有大的测量范围.光照度为100 lx时,测量范围为0~500 lx·s;光照度以80 lx/s的稳定速率增大时,测量范围为0~1 000 lx·s.另外,限流电阻为0.2 MΩ时的测量上限值比10 kΩ时大780 lx·s,而灵敏度降低了87 Ω/(lx·s).增大限流电阻尽管可以增大传感器的测量范围,但是却降低了灵敏度.     

光子晶体研究的现状和发展

光子晶体是80年代末提出的新概念和新材料，是一门涉及光学、材料和器件方面正蓬勃发展的有前途的新学科。回顾光子晶体的历史，介绍光子晶体的相关概念、物理特性、相关应用等。从光子晶体的理论研究、实验研究和应用三个方面展开论述。     

一维光子晶体液晶微谐振腔的温度特性

在光子晶体中引入液晶缺陷,形成一维光子晶体液晶微谐振腔.用传输矩阵法研究了这种微谐振腔的温度特性,用E1液晶微谐振腔进行了模拟数值计算.计算结果表明,液晶微谐振腔的特性与温度和液晶分子排列密切相关;对于液晶排列沿平行介质表面的微谐振腔,当温度升高时缺陷峰波长向长波长方向漂移,半高宽度增大, 品质因子减小;而液晶排列沿介质表面法向的微谐振腔的温度变化情况则相反;温度灵敏度和透射峰高度均随温度升高而增大.温度特性为非线性关系,并随温度接近液晶相变点而变化迅速,与现有的各向同性材料微谐振腔的温度特性不同.     

基于镜像结构光子晶体的微加速度计设计

镜像结构光子晶体能够在一定范围的频带内形成单一的透射峰,受其他频率的光子影响小且易于观察。从理论结果可以看出,这种光子晶体透射率与所受的轴向应力在一定范围内呈简单的线性关系。据此,该设计以典型的单悬臂梁结构为基础设计一种新型加速度计。在单悬臂梁根部所受应力最大处,用镜像结构光子晶体替代以往的力敏电阻器,通过测出透射光强算出透射率,进而可算出加速度的值。从模态分析图中可以看到这种加速度计具有更好的稳定性和抗干扰性。     

聚苯乙烯三维光子晶体的力敏性质

通过研究聚苯乙烯三维光子晶体的力敏性质,讨论了不同压强作用下聚苯乙烯三维光子晶体的晶面间距、Bragg衍射峰与归一化频率之间的关系:随外加压强的增大,晶面间距减小;随归一化频率的增大,Bragg衍射峰随之蓝移。计算表明,在外加压强0~41.3 MPa范围内,外加压强与归一化频率之间呈简单的线性对应关系;这就提供了通过测量归一化频率就可以感知压强的大小,从而验证了制造聚苯乙烯三维光子晶体传感器应变片的可行性。     

非本征F-P传感器在瓦斯检测系统中的应用

详细介绍了非本征F-P光纤传感器的结构、特点和工作原理,阐述了非本征F-P光纤传感器在瓦斯检测系统中的应用。该传感器采用空芯光子晶体光纤作为载体,不受环境温度的影响,具有灵敏度高、抗干扰能力强、传输损耗小的特点,可显著提高瓦斯浓度检测的准确性和精度。     

光子石墨烯多方位探测传感器研究

为了实现多方位的探测,针对光子石墨烯特殊的光传输机制,在了解光子石墨烯谷依赖波束输运的基础上,选择光子石墨烯的相关参数,并设计了合适的结构模型,用COMSOL软件对其进行仿真计算.结果表明:在二维光子石墨烯结构中放置点源,点源发射的光束在平面内可以沿6个方向进行传输,此结构用于传感器即可以实现多方位的探测,可为多方位探测传感器的研制提供新的思路.     

基于光子晶体光纤传感器的瓦斯监测系统

空芯带隙型光子晶体光纤以其独特的结构和导光机制,具有其它普通光纤无法比拟的优势,这种光纤传感器在气体检测方面灵敏度更高。设计了以这种传感器为检测元件,基于Zig Bee的无线传感器网络的瓦斯监测系统,实验测试结果与样本值比较表明:相对误差在10%以内,基本达到了实时在线监测瓦斯的目的。     

基于电容-电阻转换原理的柔性压力传感器

目前,基于碳基纳米材料的柔性压力传感器凭借着其便携性、柔韧性、生物相容性和低成本等特点,在智能医疗、人机交互和智能机器人等领域有着广泛的应用前景,但如何使其在具有较大量程范围的同时保持较高灵敏度,仍是一个严峻的挑战。提出一种基于氧化石墨烯/碳纳米管（Graphene Oxide/Carbon Nanotube, GO/CNT）复合敏感层的柔性压力传感器,同时以热塑性聚氨酯弹性体（Thermoplastic Polyurethanes, TPU）多孔海绵作为传感器骨架。该GO/CNT@TPU柔性压力传感器的量程范围为0～60 kPa,基于电容-电阻转换原理,当受到较小压力（0～5 kPa）时,传感器以电阻感知为主,灵敏度为0.05777 kPa^-1;当受到较大压力（5～60 kPa）时,传感器以电容感知为主,灵敏度为0.33213 kPa^-1。从而有效地实现了传感器的在宽量程内的高灵敏度检测。     

基于光子晶体光纤的血糖监测系统研究

介绍了以光子晶体光纤为核心,结合光电微损法血糖监测技术,设计了新型的血糖监测系统。根据血样中不同血糖含量对光吸收不同的原理,利用MSP430对光进行控制,通过三探头光纤束传感器传输,照射到被测血样,调制后,带有血糖信息的反射光由光电转换放大,输入MSP430,经A／D转换后计算出血糖含量。系统具有操作简便、功耗小等特点。     

空心光子晶体光纤在拉曼光谱仪中的应用

针对拉曼散射是一种弱散射,同时由于空心光子晶体光纤(HC—PCF)能显著增强光与填充介质之间的相互作用,提出将HC—PCF应用到拉曼光谱仪中,利用平面波展开法对HC—PCF的光子带隙与场分布进行模拟分析,探讨了HC—PCF的参数对拉曼散射强度的影响。通过理论研究发现光子晶体光纤可根据实际应用的需要,通过改变光纤的周期结构或包层气孔之间的间距来改变光子带隙,从而可传输不同波段的光。结果表明了HC—PCF在拉曼光谱仪中应用的可行性,为拉曼光谱仪在分子结构检测与分析提供了新的技术方法,也为HC—PCF的应用和研究开拓了广阔前景。