光纤生物传感器中的探针匹配研究

对基于倏逝波激发的光纤生物传感器中光纤探针的模式匹配理论进行了分析,自行构建了一套基于倏逝波激发的光纤生物传感器系统,研究了光纤探针部分的模式匹配程度对该传感器系统灵敏度的影响。实验分光纤探针置于空气中和蒸馏水中2种情况进行,分别对五组具有不同纤芯半径的光纤探针进行检测,实验结果表明:系统的荧光信号检测信噪比与光纤探针纤芯半径的关系曲线基本与模式匹配理论曲线相吻合。     

光纤倏逝波生物传感器的结构研究

光纤倏逝波生物传感器的性能主要体现在探测能力和简便性两个方面,为了提高其探测极限和野外适应性,针对光纤探头的倏逝场激发能量和系统结构的整体性进行了较为系统的研究,分析了三种不同发展阶段的系统结构,设计和搭建了一种目前发展的基于光纤束的荧光光纤倏逝波生物传感器系统,以此系统为基础进行了实验检测并取得了较为满意的检测效果.最后给出了下一阶段的系统结构发展方向并分析了其优越性和可行性.     

一种新型本征倏逝波型光纤传感器的研究

研究开发了一种新型本征型光纤倏逝波传感器.采用有机玻璃板和大半圆弧高抛光PVC管构成光纤支架,将60/125 μm阶跃多模光纤隔一定距离剥除等长度涂覆层后缠绕于光纤支架上,其无涂覆层部分位于上下两PVC管之间,经化学腐蚀后获得裸芯总长度大于0.5m的新型高灵敏本征型光纤倏逝波传感器.实验结果表明:该传感器对亚甲基蓝的探...     

光纤生物传感器探针锥形设计及参数优化

对免疫型光纤生物传感器的关键部件--光纤探针进行了分析.以模式匹配理论计算出的匹配半径为基础,采用图解法分析激发光在锥型光纤探头中的光线传输轨迹.根据倏逝波透射深度与光线入射角之间的关系,结合不同形状的探针内面对光线反射角的影响,提出抛物线锥形光纤探头,并对抛物线参数进行了比较.计算结果表明,为使入射光在均匀感应部分激发的能量最大,入射角在锥形感应部分必须满足在锥形终端最小且刚好是临界角的条件.通过对抛物线参数的选择,在锥形过渡段入射角在满足全反射的同时更接近于临界角,从而激发出更大的倏逝波,并与实验结果较好地符合.     

一种高方向灵敏度光纤F-P超声传感系统设计研究

针对光纤F-P超声传感器工作点易偏离问题,设计了基于双波长稳定技术的低细度光纤F-P传感系统,建立了双波长光纤F-P传感系统的DE算法数学模型,优化设计了一高正交精度光纤F-P传感系统,建立基于该传感器的激光超声检测系统,实验研究了该传感器探测超声信号的有效性和方向灵敏度。结果表明,该传感器可以有效检测试样中激发出的超声表面波信号。激发源与传感器轴向夹角为0°时,表面波幅值最大。随着激发源与传感器轴向夹角增大,表面波幅值降低。激发源与传感器轴线垂直时,幅值下降达80%,说明该传感器有很强的方向性。     

有害气体检测的光纤传感技术发展

光纤气体传感器具有易于小型化、可遥测、灵敏度高、响应快等诸多优点.根据传感原理,概述了有害气体检测的光纤传感器,包括折射率变化型光纤气体传感器、倏逝波光纤气体传感器、表面等离子共振光纤气体传感器、光声光纤气体传感器、多孔光纤气体传感器,以及吸收型光纤气体传感器、荧光型光纤气体传感器、染料指示剂型光纤气体传感器.简要介绍了光纤气体传感器的发展.     

单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究

根据声发射引起的扰动振动现象.提出采用单模光纤耦合器检测振动的声发射探测技术.单模光纤耦合传感器耦合输出与传感器耦合区长度和振动频率有确定的函数关系.分析和设计了熔锥耦合型单模光纤声发射振动传感器.搭建了相应的等强度悬臂梁振动监测及解调系统,通过与当前使用的压电振动传感器的室内实验,对比测试冲击信号和周期信号,验证了该传感器能有效实现振动扰动的检测.结合岩石试件破裂实验,进一步验证光纤耦合声发射振动传感器是能实现岩石声发射检测的一种新的检测技术方法.光纤耦合振动传感器以其灵敏度高,制作简单,抗干扰能力强,性价比高,使用简单等优点在其他光纤传感器和传统的电类传感器中,具有不可比拟的应用前景.     

复合材料内状态参数的实时无损检测系统

介绍一种实时无损检测复合材料结构内状态参数与损伤的系统.该系统由埋置于结构内的光纤传感器阵列及外接的人工神经网络信号处理系统组成,试验结果令人满意.     

自检式冲击波参量检测系统设计

针对冲击波参量检测与系统可靠性问题,设计了一种带自检功能的冲击波参量检测系统。传感头采用自发光式光纤镀膜探针,光纤探针在冲击高压下发光,并通过高速光电转换与示波器记录冲击响应信号,实现对冲击波参量检测。将激光脉冲耦合入传感光路,通过检测激光脉冲在镀膜光纤探针端面镀膜层的反射脉冲信号实现系统自检。详细介绍了镀膜光纤探针、高速光电转换电路及半导体激光器脉冲驱动源的设计与实现。进行了TNT爆轰驱动条件下冲击波到达时间的测量,实验结果表明：整系统的冲击波响应信号前沿小于5ns,测量不确定度小于3ns,为爆轰物理和冲击波物理实验中冲击波参量检测提供了一种可靠有效的测试手段。     

用于局部放电检测的光纤电流传感器

根据Faraday磁光效应原理设计了一种新型的光纤电流传感器,可用于局部放电电流的检测.基于Jones矩阵,建立了光纤电流传感器的数学模型,推导出了电流检测理论公式,并进行了相关实验,实验结果证明了光纤电流传感器的实用性.     

光纤免疫生物传感器的探针设计

对免疫型光纤生物传感器的关键部件--光纤探针对荧光的激发及收集效率进行了分析,提出了激发光在光纤探针中所经过的传输路径的一种新的图解方法.针对消逝场激发荧光的特点,分析了锥型光纤探针中最小入射角与临界角之差和探针锥型部分长度的关系曲线,以便最大限度地激发荧光信号,同时又能够避免由于透射到样品溶液的激发光对溶液中的荧光分子激发所引起的虚假信号.以上述分析为基础给出了探针的优化设计方法并分析了应用实例.     

基于布里渊散射的光纤传感系统性能分析

根据布里渊光纤时域分析(BOTDA)传感系统连续光谱谱宽较宽的特点,分析了光源强度噪声对直接检测BOTDA光纤传感系统性能的影响,结果表明,连续光源的强度噪声造成系统信噪比的急剧下降.另外,根据布里渊光纤时域反射(BOTDR)传感系统信号很弱的特点,分析了非相干外差检测和带前置光放大器的直接检测BOTDR传感系统的信噪比.     

微弱方波信号的矢量测量研究

为了有效地检测淹没在强噪声背景中的微弱方波信号,采用了相关检测和数字信号处理技术相结合的方法,推演得到了方波信号的正交互相关的完整数学解,在此基础上,设计数字锁相放大器实现对方波信号的矢量测量;实验表明,该数字相关算法简单有效,实现方式灵活;此外,还对该锁相放大器在微弱光信号检测中的应用进行了实验研究,有效地实现了nA级微弱光电信号的检测。     

光纤生物传感器系统中光纤连接器的性能分析与优化设计

在已构建的全光纤结构生物传感器的基础上,对系统中关键器件--光纤连接器中的信号收集效率和噪声进行了理论分析.针对荧光信号传输的特点,采用光纤端面光强均匀分布的模型,运用重叠面积积分的方法推导出计算信号耦合效率的公式,计算了各种连接器结构下的信号耦合率,以求达到最好的接收效果.并分析了主要噪声的影响,通过建立的模型,给出了抑制噪声的方法和结构参数.最后根据实验得到的结果,分析了现有系统的连接器,并提出了改进方法.     

微弱信号相位检测的自适应陷波法及其应用

针对微弱信号因噪声影响造成剧烈的相位变化,采用常规的方法无法检测出其相位的现象,提出了一种自适应陷波方法。该方法采用自适应陷波算法来滤出期望信号,再对陷波后信号进行带宽压缩以提高信噪比,从而准确检测出信号的相位。根据检测方法,研制出以数字信号处理器为核心的检测系统,并应用此系统检测石英晶体输出的微弱信号的相位差。试验表明,对于信噪比小于-60 dB的微弱信号,系统相位检测精度达到2×10-6。     

两种用于微型生化分析的光探测方法

针对微流控分析芯片样品剂量少与微流体芯片集成等要求,设计了两种易于集成在芯片内的,用分光光度法对混合后液体的吸收光谱进行探测的方法。实验利用460～800nm的可见光光源,采用了直接探测法和消逝波探测法对样品进行探测。通过两种方法的比较证明:直接探测法具有原理简单、消耗样品量少、结构容易实现等优点;消逝波探测法具有需要样品量极少、灵敏度高、易于集成等优点。