基于钯金复合膜亚波长圆孔阵列的氢气传感器的理论研究

提出了一种基于钯金(Pd/Au)复合膜的亚波长圆孔阵列结构的氢气传感模型,用于氢气泄漏及氢气浓度检测。利用时域有限差分法(finite-difference time-domain, FDTD)对该Pd/Au复合膜亚波长圆孔阵列结构进行模拟仿真,计算其复合膜的横纵截面电场能量分布及透射特性,并进一步分析在不同结构参数下该传感结构的异常光 透射(extraordinary optical transmission,EOT) 特性和传感特性。模拟结果表明:Pd/Au复合膜亚波长圆孔阵列结构可产生明显的EOT效应,形成两个突出的异常透射峰,记作峰Ⅰ、峰Ⅱ。当通入氢气时,钯(Pd)膜会吸收氢气引起Pd介电常数的变化,导致EOT特性发生改变,具体表现为波长和透射率的改变。氢气浓度由0%上升至4%时,峰Ⅰ和峰Ⅱ的透射率变化量分别可达到0.16和0.24。由于其透射率强度变化比较明显,因此可通过透射峰强度变化来实现对氢气浓度的监控和检测。本文所提出的基于Pd/Au复合膜的亚波长圆孔阵列结构的氢气传感器的圆孔结构加工简单,所镀的Pd膜很薄使传感器响应速度快,EOT效应使该结构信噪比(signal-to-noise ratio,SNR) 高,可利用光电集成技术进行批量生产,具有很强的实用价值。     

基于分离重叠谱峰的在线过程质谱气体定量分析方法

在线定量分析工业生产过程的反应气体或尾气,获知各组分气体含量,有助于及时调整生产工艺、提高产品质量,对相关工业的转型升级有着重要的意义。但受工业生产成本的影响,价格高昂的高分辨率质谱仪在工业在线定量分析中的应用相对局限,而采用低分辨率质谱仪检测出的带有重叠谱峰的质谱图可能会对反应气体或尾气的准确定量造成困难。虽然现有的在线定量分析方法较为成熟,但在定量准确度、方法适用性以及设备复杂性方面仍存在优化空间。为实现更准确且高效的在线定量分析,本研究提出了采用在线过程质谱仪对反应气体或尾气进行检测并分离重叠谱峰的定量分析方法。首先,根据工业生产场景精确预估待测反应气体或尾气的各组分气体及其含量,获得预测矩阵并配制校正标气。其次,通过查找各组分气体的标准质谱图,获得校正标气的所有重叠谱峰,根据各组分气体的主峰与重叠谱峰之间的关系构造最简单的比值矩阵,并配制与相关组分气体含量相同的比值标气修正比值矩阵。然后,利用质谱仪测量校正标气获得校正矩阵,并与预测矩阵和比值矩阵构建校正数学模型求得相对灵敏度矩阵。最后,根据计算出的相对灵敏度矩阵、修正后的比值矩阵与测算待测反应气体或尾气后获得的检测矩阵一同构建...     

LED人工天窗瑞利散射材料的稳定性及光学性能研究

以纳米二氧化钛(nano-TiO2)为原料,选取六偏磷酸钠(SHMP)、曲拉通X-100(Tritor-X-100)、聚乙二醇(PEG)400、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)做分散剂,采用超声手段在去离子水中制备得到nano-TiO2分散液。通过UV-Vis分光光度计测量样品的吸光度,分析了超声时间、分散剂种类与浓度对样品稳定性的影响,并对样品的光学性能进行检测。研究结果表明:加入SHMP,超声处理35min可获得吸光度维持在0.1左右的稳定nano-TiO2分散液,且在LED光源(CCT=10 000K)照射下,可以实现模拟天空光照射环境的瑞利散射效果。     

基于LabVIEW的PGC零差检测技术研究

相位生成载波(PGC)调制和解调技术是干涉型光纤传感器领域非常重要的信号处理技术。简要说明了相位生成载波的调制和解调原理,结合具体的公式推导过程对PGC-DCM解调算法和PGC-Arctan解调算法进行了详细的理论分析。利用LabVIEW软件编写了两种PGC解调过程的仿真程序,实现了对被测信号的解调。对比分析了两种解调结果,对PGC解调中的一些关键参数进行了讨论。该研究结果对于光纤干涉传感器的相位解调技术的改进具有参考价值。     

基于FPGA的RGB激光器驱动设计

目的:研究一种基于FPGA的RGB半导体激光器驱动电路,可用于激光扫描投影设备。方法:驱动电路中采用了瑞萨ISL58307电流控制芯片,用于实现RGB三路驱动电流的调制,并使用了FPGA作为主控芯片来提高激光器扫描速度。结果:该激光驱动电路可以同时控制三路激光,每路最大电流可达2 A,采用数字电路控制的方式,支持3.2 M/s的光电流调制。同时拥有PID温控功能,以保证激光器在恒定温度下工作。结论:该研究工作设计并实现了一种RGB激光器驱动电路,它可实现对RGB三路激光的并行功率调制,并包含了恒温驱动模块,基本满足了激光扫描显示领域的应用。     

基于能耗地图的低功耗小车设计及实现

设计了一种基于能耗地图的低功耗小车,研究采用双目摄像头获取环境信息,并利用功率检测模块检测小车实时功率。低功耗小车控制系统主要由双目摄像头、六轴陀螺仪、GPS定位模块、主控电路、电机驱动电路和舵机云台等部分组成。小车通过在行进速度控制、能耗地图构建和最优路径规划3个方面做出了低功耗运行的改良,可以根据不同路况自适应调整小车行进速度并智能规划路径,以达到小车低功耗运行的效果。经测试,基于能耗地图的低功耗小车可以有效降低小车运行总功耗,增加单次满能量运行路程。     

可时序控制的激光功率稳定系统

在锶原子光晶格钟实验中,为了应对多变的实验环境和复杂的实验需求,使得某些光路中的激光不仅能够保证功率稳定,还可以进行时序性调控,采用了声光调制的方法,基于声光晶体的衍射效率随加载于其上的射频功率变化而变化这一原理,建立了一套反馈控制系统,实现了激光功率的主动稳定以及功率设定值的时序性可控。结果表明,在该系统中激光会根据时序控制信号稳定地工作在控制范围内的任意功率强度上,与无功率稳定的状态相比,激光功率的稳定度从10-2量级提高到了10-4量级。该系统的特点在于能够对功率进行稳定的时序控制。