准分布式光纤Bragg光栅传感器在微生物燃料电池温度场测量中的应用

微生物燃料电池(MFC)在近些年得到了迅猛了发展,尤其是MFC具有产电且同时处理废水的效果,引起了世界各国科学家的高度关注。如何提高MFC产电效率的问题一直是MFC的研究重点,其中温度是影响微生物活性的一个重要因素,进而影响MFC的产电效率。为了能够更好地了解温度场与MFC的产电效率的关系,本文采用准分布式光纤Bragg光栅(FBG)阵列,对MFC阳极室内温度场分布进行实时测量。实验表明:该方法能够测量MFC运行阶段阳极室内温度场分布,反应前后温度差3-4℃,该方法为研究MFC内温度与产电效率的关系提供一种新的手段。     

光纤铅酸蓄电池容量传感器研究

从Lambert-Beer定律出发,将接收到的光反射能量的大小与电解液的浓度测量联系起来,通过测量铅酸蓄电池电解液浓度就可知蓄电池的容量状态。该文通过实验研究讨论了温度变化对铅酸蓄电池容量和电解液浓度变化的影响。通过对热光效应的分析,建立了一种基于相对温度测量和光吸收测量原理的新颖的反射式光纤传感器。此传感器的设计能消除温度对电池容量测量的影响,即传感器测量输出信号只与电解液浓度有关,而与温度无关,相当于电解液等效于20℃恒温情况下的测量结果。实验中选用了近红外波长为760 nm光源,研究了温度对铅酸蓄电池容量测量的影响,实验结果及理论分析表明:该测量方法能很好的实现铅酸蓄电池容量的在线检测,该传感器具有测量准确、反应灵敏、使用寿命长等特点。     

基于SVDI的变工况旋转机械故障诊断方法

旋转机械设备变工况特点导致振动特征不稳定,给故障诊断带来很大困难这一问题。提出一种基于奇异值分解插值(Singular Value Decomposition Interpolation,SVDI)的变工况故障诊断方法,构建离散工况下的振动信号样本,通过奇异值分解将样本特征矩阵分解为奇异向量、旋转矩阵和特征均值,分别对奇异向量、旋转矩阵和特征均值进行插值,再重构实测工况下的特征矩阵,最后通过特征约简、模式识别方法进行故障诊断。该方法可在没有完备样本库的条件下估计出一定范围内任意工况的振动特征,能解决旋转机械设备变工况条件下的故障诊断难题。多种转速下的齿轮箱故障诊断实例证明了该方法的有效性。     

基于光纤光谱的二恶烷浓度检测方法研究

为了准确、快速、低成本地检测二恶烷浓度,实验制备了二恶烷紫外光谱检测试剂——柠檬酸稳定银纳米粒子(Ci-AgNPs)试剂,搭建了光纤光谱测量系统。利用光纤光谱测量系统,实验研究了二恶烷检测试剂浓度、温度、p H对二恶烷浓度检测性能的影响。在此基础上,测试了检测剂对二恶烷的选择响应特性。实验研究发现,当Ci-AgNPs试剂浓度为15μmol/L,温度为55oC,p H为7时,Ci-AgNPs试剂对二恶烷的响应灵敏度达到0.0016 L/g,响应时间为10 min。该检测试剂对甲醇、无水乙醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃、N-二甲基甲酰胺、三氯甲烷、二甲基亚砜均不响应,表明该检测试剂对二恶烷具有较好的选择敏感性。     

光纤隐失波铅酸蓄电池容量检测传感器研究

由全反射定律知,光波不是绝对地在界面上被全部反射回第一介质,而是透入第2种介质一定深度,并沿着界面流过一定深度后重新返回第一介质,沿反射光方向射出,即在第2种介质中存在隐失波(EW).由朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律知,当入射光的波长λ处于第2介质的吸收波长附近,则会出现光的吸收,造成隐失波能量的损耗,致使全反射率小于1,产生衰减全反射现象.该文从这一物理现象和理论出发,将光反射能量的大小与具有实用意义的电解液的浓度测量联系起来,而电解液的浓度又与铅酸蓄电池剩余容量有着一一对应的函数关系,从而通过测量铅酸蓄电池电解液浓度就可知晓蓄电池的容量状态.实验研究表明,此法能很好地实现铅酸蓄电池容量的在线检测.该传感器具有测量准确,反应灵敏,使用寿命长等优点,可广泛用于汽车铅酸蓄电池电量测试、电力行业的工业铅酸蓄电池电量测试、溶液浓度测试、海水的盐度测试,具有广阔的应用前景.     

老化处理对塑料光纤传感器光传输及灵敏度的影响

为了提高正规包层-纤芯类倏逝波塑料光纤传感器的灵敏度,本文对传感器敏感区在真空和水浴中进行了老化处理。老化处理时,先将光纤部分区域的保护层去除;然后将这种裸光纤作为传感器的敏感区,对其进行真空和蒸馏水老化处理。对比研究了传感器敏感区经真空和蒸馏水老化不同时间后的光传输特性及灵敏度,分析了老化处理对传感器光传输特性与灵敏度的影响机理。研究表明:老化处理后,塑料光纤纤芯折射率及材料成分发生了变化,由此改变了光纤内部光传输模式及光纤表面有效倏逝场透射深度与传播长度,从而降低了传感器的光传输性能。传感器对葡萄糖溶液的灵敏度随着老化时间的延长先增大后减少,在真空中105℃老化处理20min后的灵敏度达到最高-0.004 2/g·(100mL)-1,高于蒸馏水老化处理后的传感器灵敏度。研究结果对高灵敏度正规包层-纤芯类塑料光纤倏逝波传感器的研制提供了技术支撑。     

流动腐蚀方式对石英光纤湿腐蚀特性的影响

为了获得光滑的腐蚀光纤表面,本文从光纤腐蚀的传质及动力学特性出发,设计了一种流动腐蚀光纤装置.采用质量百分比浓度为12.5％的氢氟酸(HF)溶液,研究了石英光纤的组成成分、腐蚀剂温度和流速对腐蚀速率以及腐蚀后光纤表面形貌的影响.实验结果及理论分析表明:光纤腐蚀速率和表面粗糙度受化学反应速率和传质速率控制;由于光纤纤芯与包层成分不同,导致纤芯腐蚀速率高于包层腐蚀速率;在静态腐蚀条件下,腐蚀速率随温度呈非线性增长,且腐蚀后光纤表面粗糙;在流动腐蚀条件下,光纤腐蚀速率提高,并与温度呈线性关系,腐蚀后光纤表面粗糙度随流速的增加呈现出先减小后增大的趋势;在流速为0.75 L/min时,获得了光滑的腐蚀光纤表面.     

光透射式生物量浓度在线分布测量

利用光能量的吸收和散射与生物量浓度之间的关系,建立一种基于光透射型能量衰减生物量浓度在线测量方法,为提高测量精度,采用3个传感单元对长10cm、宽1cm、高0.5cm的长方体导流管进行浓度分布测量,将其测量值用最小二乘法进行拟合。实验表明:在恒定温度下,传感器可实现生物量浓度测量,其测量值具有重复性。     

光电式生物量浓度在线检测传感器研究

研究表明,生物量浓度的变化会引起溶液的折射率变化,从而导致反射光能量的变化。从菲涅耳公式和折射定律可知,入射角与折射角的数值决定了反射率的大小,反射光能量与界面两边的介质的折射率有关,该文正是从这一物理现象和理论出发,将反射能量的大小与具有实用意义的生物量浓度测量联系起来,建立了一种新的生物量浓度测量方法。文章论述了传感器的组成电路、设计原理、入射角的选择方法。并通过实验研究深入地讨论了在入射角小于和大于临界角两种情况下,对生物量浓度测量的影响、实验结果及理论分析表明:这种方法用于测量微生物液体浓度是可行的,具有生物量浓度在线测量准确、灵敏高、使用寿命长等优点。     

基于AVR单片机的足球机器人设计

提出一种以AVR单片机为控制核心处理器的足球机器人的控制系统设计方案,介绍Fuzzy-PID控制算法在足球机器人控制系统中的应用,给出控制系统的硬件组成以及软件实现方法。实验证明,设计出的足球机器人硬件电路简单,算法容易实现,机器人系统稳定,可靠性高,扩展性强。