一种中红外差分甲烷检测仪的研制

根据甲烷(CH₄)分子在中红外波段的吸收特 性并利用宽光谱红外热辐射光源(IR55), 研制了一种基于中红外吸收光谱技术的双通道差分CH₄检测仪。通 过对双通道探测器(3.31 μm和3.90μm)输 出的两路信号进行差分处理,有效抑制了系 统噪声。给出了系统的检测原理和结构,表征了光源和探测器的光学特性。为了提高聚光效 率并增大光程,设计制作了球面反射镜开放气室,其半径约20cm。 配备了16种不同浓 度的CH₄气体样品,开展了气体标定实验,得到了气体浓度 与双通道信号幅值电压的关 系表 达式。 误差实验结果显示, 对16种气体样品的检测误差小于12.4%。 对体积分数为 5×10－4的CH₄气体样品开展的长达10h的浓度测量实验 表明,检测结果的相对波动范围 为±10%。对测得的实验结果进行数理统计,其标准差为2.06×10－5,进而得到该检测仪的检测下限约为6.18×10－5。     

检测天然气中H2S气体浓度的光子带隙光纤传感器

为消除光源不稳定、光电器件的热零点漂移以及零 点漂移对测量准确度的影响,基于差分吸收检测法,设计一种检测天然气中H₂S气体浓度 的高稳定性、高灵敏度的光子带隙传感器。为提高系统响应,采 用4段串联的空芯光子晶体光纤(HC-PBF)作为气体传感探头。对不同组分浓度 的H₂S和CO₂气体进行了检测,结果表明,系统响应时间为53s, 测量灵敏度可达2×10－6 mol/L。     

线性非移变系统运算误差的各态历经性质

本文指出并论证了线性非移变系统的运算误差自相关函数的各态历经性质以及有关的几个命题,文中还讨论了该性质在数字信号处理误差分析方法的验证、离散线性非移变系统误差测定以及系统硬件优化设计等方面的应用。     

多层透射式光纤氢气传感器的氢敏光谱特性

针对多层透射式光纤氢气(H₂)传感器其特殊的多层结构造成了类似于F-P 腔 效应的周期性光谱特性变化尚未可知问题,构建了一种适用于多层 透射式探头的原位H₂敏光谱观测系统,通过实验研究了在不同H₂浓度下这种多层膜 结构的光谱特性, 讨论了光源波长变化对传感器测量稳定性的影响规律,为进一步提高传感器性能奠定了实 验基础。实验 结果表明,光源波长变化对传感器测量的可靠性有显著影响,但是通过扫描波长的方式测 量可以有效避免这类H₂传感器的波长漂移问题,达到较高的测量可靠性。     

一种基于宽频光源和FP腔滤波的CO2检测系统

介绍了一种基于宽频光源和法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot,FP)结构的CO2检测系统。该系统为主动光学系统,结构简单、系统信噪比高。从差分吸收激光雷达原理出发,阐述了该系统的基本工作原理,使用HITRAN数据库模拟大气环境,设计系统参数,确定系统工作波段为1.57μm,光源为L波段超辐射LED光源(Super LED,SLED),能量波动值Rip为50dB,输出功率为24.51mW,接收端滤波器为光纤FP腔滤波器,工作中心波长为1.55μm,带宽为60nm,通道间隔为50GHz,设计系统探测误差为2×10-6。     

大功率脉冲TEA CO2激光器控制系统设计

大功率脉冲TEA CO₂激光器不仅设备复杂,而且具有高电压、高激光功率、强电磁干扰的特点。本文采用工控机、可编程控制器和触摸屏,设计并实现了两级分布式大功率脉冲TEA CO₂激光器控制系统。详细阐述了系统硬件和软件的设计方案及实施过程。实际应用表明,该控制系统工作稳定可靠,具有较好的实际应用价值。     

基于光谱分析的高精度颜色测量系统

为解决颜色测量过程中光源分布不均匀、外界环 境光影响和测试结果误差大等问题,提 出并实现一套在稳定均匀光源下的高精度颜色测量系统。系统主要由标准光源对色灯 箱、PR-670 亮度色度计及测色软件3部分组成。对市售标准光源对色灯箱进行了整体重建与 升级改进, 通过安装棱镜板、扩散板等装置,提供稳定且均匀的光源;应用PR-670 亮度色度 计精确获得被测颜色的色度、三色刺激值、光谱、色坐标和亮度等,其中色坐标的精确度 达到10－4;通过LabVIEW开发的测色软件将参数显示、搜集并综合比较,支 持数据读写功能,得 出被测颜色的色彩本质属性。实验结果表明,被测颜色物体在一般的标准光源对色灯箱内, 随着位置的 不同色坐标存在较大差异,其X、Y方差为Sx=3.40046×10－5,Sy=4.73875×10－5。在改进后的灯箱内部, 色坐标较为密集、稳定,其X₁、Y₁方差为Sx₁=8.18249×10－6,Sy₁=1.59099×10－5 。通过对比可知,本文系统较大提高光源分布均匀性,缩小测试误差,实 现了仪器的自动化控制。     

基于光谱稳定LED光源的长光程DOAS的大气NO2探测

针对LED光谱容易产生漂移从而影响差分光学吸 收谱(DOAS)系统的测量性能,研究了温度和驱动电流对蓝光LED(LZ1-00B205)光谱产生漂移 的影响,发现LZ1-00B205中心波长随温度和电流的变化分别为+0.025nm/℃ 和－0.003nm/mA。通过对LZ1-00B205进行恒温控制(误差约为±0.1℃)和恒流驱动(电流波动<1%),有效 抑制了LED光谱的波长漂移和光强波动。使用改进后的LZ1-00B205作 为长光程DOAS系统光源,对大气NO₂进行了 监测。当光程为760m时,系统的探测限为4×10－9。实验结果表明,光谱稳定后的LED适于做DOAS系统的测量 光源。通过稳定LED光谱改善DOAS反演结果,这种方法不需要反复测量参考光谱,简化了DOA S系统的操作过程,同时提高了测量精度。     

直写式激光导引头标定系统误差分析

为提高激光导引头测角精度,研究了激光导引头测角误差的来源,并分析了直写式激光导引头标定系统误差。首先,分析了激光导引头内光学系统和探测器安装误差对导引头测角的影响;其次,介绍直写式激光导引头标定系统的工作原理,给出理想条件下转台转角和导引头测角关系;再次,为了提高标定后导引头测角精度,分析了标定系统存在的安装误差;最后,针对一次实际的标定过程,结合文中分析方法对标定系统误差进行了校正,导引头零位误差由校正前的2.5 mrad降低到了1 mrad以内。文中结论为直写式激光导引头标定系统中的结构安装精度要求提供了分析方法,进而提高了标定后激光导引头的测角精度。     

一种基于Pd-Y合金纳米膜的光纤H2传感器

为提高光纤H₂传感器的响应速度、稳定性和可 重 复性,本文分析了Pd-H传感机理,进而提出利用双靶溅射工艺在石英光学玻璃基底上制 备55nm厚的Pd-Y合金H₂敏薄膜,采用双光路 检测技术设计并实现了反射式光纤束H₂传感器系统。通、放H₂实验结果表明,本文 研制的基于Pd-Y合金纳米薄膜的 传感器具有响应快速的特点,特别是在多次循环老化实验后表现出良好的稳定性和可重复性 。     

连续波腔衰荡光谱技术中的标准具效应

建立了一套高灵敏度调谐式连续波腔衰荡光谱测量系统,该系统以分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源,利用其电流调制及调谐的特征进行衰荡和腔损耗谱测量,系统重复测量精度约为0.65×10-6.对实验中出现的标准具效应进行了实验和理论分析,证实了这种效应来自衰荡腔的外部弱反射,并通过分析找出了系统中主要的反射面源.提出了标准具效应的软、硬件消除方法,实验结果表明,软件处理中数据拟合的标准误差约为0.4×10-6,硬件改进后腔损耗谱振荡起伏标准差由原来的9.2068×10-6减少为0.4561×10-6.     

谐振式SAW无线传感系统的测量不确定度分析

结合谐振式声表面波(SAW)无线传感系统的脉冲查询原理,从阅读器的硬件系统出发,研究了其本振相位噪声和模数转换器(ADC)误差两个主要误差源,并分别分析了两者对系统的测量不确定度带来的影响,最后对各自的分量进行合成。通过定量分析,选择合适参数,改进系统的硬件设计,使其测量性能得到更大提高。     

Self-Driven Narrow-Band Photodetector based on FAPbBr2.5I0.5 Single Crystal for Yellow Light Intensity Meter Application

Accurate and quantifiable detection of the specific wavelength is vital in different application scenarios. Herein, a novel self-driven narrowband photodetector (NB-PD) based on CH(NH₂)₂PbBr_2.5I_0.5 crystal film is employed for building a yellow light intensity meter. By taking advantage of the carrier collection narrowing mechanism, a sensitive NB-PD with peak response at 580 nm and the full-width at half-maximum of 23 nm are successfully achieved. The asymmetric contact electrodes of Ag/Pt allow the device to work without bias. The optoelectronic analysis demonstrates that the NB-PD achieves a maximum responsivity of 59.89 mA W⁻¹, a fast response speed of 202/331 µs, and a high on/off ratio of 636 at zero bias. Then, through introducing the back-end circuit, a yellow light intensity meter is constructed with the NB-PD. The absolute error and relative error of the light meter are estimated to be lower than 0.08 mW cm⁻² and 4.22%, respectively, indicating the good capability for the yellow light monitoring. Given the simple device geometry and good performance, the achieved yellow light intensity meter can also be extended to other narrowband light detection system.     

Use of Error Correcting Codes on Memory Words for Improved Reliability

Application of error correcting coding is often employed to improve system operation and reliability. By means of suitable reliability models and simple analysis, the effect of error correcting coding of memory words on the overall reliability of the system is discussed. Introduction of error correcting facilities will generally have three significant effects on the system: 1) increased hardware, which is also subject to failures and hence tends to lower reliability; 2) the system's ability to function in the presence of a certain class of failures; and 3) quicker detection of errors, which also means an improved repair rate. To illustrate the extent to which the above three factors govern the reliability improvement due to coding, three types of systems are considered. These systems use the same basic processor and memory units but differ in their structure and complexity. Other factors besides the three above which control the reliability improvement due to coding are the system structure and the relative sizes of processor and memory hardware.     

一种嵌入式中红外甲烷检测系统的研制

为了实现检测系统的便携化、小型化和较强的数 据处理能力,结合ARM 11嵌入式处理器和 LabVIEW数据处理平台,设计并实现了一种嵌入式中红外差分甲烷检测系统。在软件方面, 选用S3C6410 作为主处理器、WinCE作为嵌入式操作系统,采用Platform Builder工具对该系统的内核文 件进行裁剪定 制以及移植安装;采用具有较强数据处理能力的LabVIEW作为数据处理平台,通过Touch Pan el模块编写 并生成可直接运行于WinCE系统的应用程序来处理传感信号。在硬件方面,选用双通道集成 传感器IR12GJ, 其输出的两路传感信号经前端电路放大和滤波处理后,由数据采集卡对其进行采集并传输给 LabVIEW软 件程序,经数据处理后获得甲烷浓度。基于所集成的系统,开展了气体标定、误差测量以及 系统稳定性实 验。实验结果显示,本系统对甲烷气体浓度的检测范围为0~6.5%,对 12种气体样品的相对检测误差小于 10%。对浓度为0.5%的气体样品进行了长达4小 时的稳定性检测,除个别突变点外,最大误差为8.3%。本 文所设计的检测系统结合了嵌入式系统体积小以及LabVIEW数据处理能力强的优点,从而具 有较好的应用前景。     

机载通信导航识别系统综合检测设备设计与实现

针对机载通信导航识别(Communication,Navigation and Identification,CNI)系统对轻小型地面保障设备提出的更高要求,在分析CNI系统信号特征对地面保障设备硬件平台需求的基础上,通过对比超外差、射频低通采样和射频带通采样等架构的特点,搭建了一种全新的基于软件无线电的综合检测设备通用平台架构,并给出了硬件平台总体设计和主要模块设计,同时分析了CNI检测部分功能信号的实现.实际工程应用证明,在配置同样检测功能的情况下,该设备在重量、体积、功耗等方面的优势明显,可为其他检测设备设计提供借鉴.     

瞄准误差和Gamma-Gamma大气湍流下信号束散角的优化分析

在自由空间激光通信(FSO)系统中,瞄准误差和大气湍流严重影响系统通信链路,是链路性能恶化的两大主要因素.通过对联合信道的理论分析,建立了信道模型,并利用Meijer G函数推导出了直接探测系统和相干探测系统平均信道容量的表达式.通过在Matlab中的仿真结果可知,在给定瞄准误差和大气湍流的条件下,信号光的光束束散角并非越小越好,而是存在最优束散角,该束散角不仅可以保证系统性能良好,而且使得发射系统功率取得最小值,并且采用相干探测系统可以抑制大气湍流对系统的影响,有效提高系统的性能.     

NH3的腔增强吸收光谱检测技术

为了研究腔增强吸收光谱技术是否能用于NH₃气体浓度的检测,采用扫描腔长的方法,以分布反馈式可调谐半导体激光器作光源,用两块高反射率平凹透镜（反射率约为99.9%,曲率半径约为1m）组成的光学谐振腔作吸收池,搭建腔增强吸收光谱装置。在34cm长的吸收池内测量NH₃气体分子在1.5μm附近的弱吸收谱线;通过不断增加NH₃气体浓度来改变腔内压强,每充入一次NH₃都测量并保存一次吸收光谱。通过数据处理,分析谱线宽度随气体浓度变化的关系以及吸收度随腔内压强增加的变化情况,发现都能呈现出良好的线性关系,并对残差噪声进行统计分析,得到了3.3×10-8cm-1的最小探测灵敏度。结果表明,高探测灵敏度的腔增强吸收光谱技术,可以实现NH₃气体浓度的测量,并能得到较好的探测精度。     

网络入侵检测硬件加速研究

针对大流量网络负载下的入侵检测性能瓶颈问题,论文研究和探讨了入侵检测系统的内容检测硬件加速技术,以开源软件Snort为实现平台,采用安全加速芯片对检测系统中最耗费计算资源的特征匹配操作实施加速处理,对实现的硬件加速原型系统给出对比测试实验结果,并进行了分析讨论。