高精度单频激光干涉仪的设计与试验研究

提出了一种光学8倍频的耦合差动式干涉光路,其结构设计简洁紧凑,光路布局对称性好,光程差倍增,符合阿贝原则和结构变形最小原则。对系统精度在理论分析的基础上进行了估算,得出了在10mm范围内干涉仪综合精度的理论值约为±1．8nm。采用与电容测微仪比对的方法对该系统进行检测,利用线性回归的方法对测量结果进行处理。试验结果表明：该干涉测量系统的精度约为14nm。     

基于激光干涉仪的角度测量技术

介绍了一种基于激光干涉技术的精密角度测量系统 ,该系统利用干涉仪在几何量测量中的干涉测量技术 ,以激光作为干涉光源 ,迈克尔逊干涉仪作为干涉测量装置 ,通过角度转换装置将角度量转换为可以反映干涉光路中光程差变化的线位移量 ,由此引起干涉条纹的变化 ,再通过相应电路对干涉条纹进行一系列处理 ,从而实现了对大转角的精密测量。与以往类似系统相比 ,该系统具有结构简单、误差恒定、测量精度高、测角范围大、易于数字化等特点     

基于迈克尔逊干涉仪的SPR传感器的研究

研究了一种基于迈克尔逊干涉仪干涉成像的新型表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器,介绍了系统的构建方法和工作原理。系统以溴钨灯为迈克尔逊干涉仪的光源产生干涉图像,采用Kreschmann棱镜耦合结构激励SPR,由CCD摄像机采集传感芯片干涉图,对干涉图进行信息提取和傅里叶变换得到光谱图,再对光谱图进行分析处理得到SPR曲线。在系统中引入了辅助定标光路,即以一已知波长的单色光(氦氖激光器)作为标尺确定光强随光程差变化的干涉图函数中采样点的选取,降低了使用迈克尔逊干涉仪过程中的转动和传动机械误差。实验结果表明,该传感系统具有成本低、结构简单、操作方便、多通道检测等优点。     

测量甲烷体积分数的高灵敏度光纤传感器研究

基于气体的红外吸收原理,研究了一种能在复杂环境下测量甲烷气体体积分数的新方法.这种方法可以有效地减小由于光源的不稳定、环境的变化而引起的测量误差.在这种测量方法中设计了一条参考测量光路,此参考测量光路和测量光路同时随环境的变化而变化,通过对待测量气体光路与参考气体测量光路作对比而得出较为准确的待测甲烷气体体积分数.     

宽带啁啾光纤光栅F-P腔磁场传感器研究

提出了一种结合反射光谱分析方法的全光纤微弱磁场传感器。利用两个啁啾光栅间隔一段距离构成一个全光纤的啁啾光栅F-P腔,将其粘贴在超磁致伸缩材料的表面构成一个磁换能器;采用条纹计数法对F-P腔的输出反射光谱进行解调,获得在外部磁场的作用下啁啾光栅F-P腔的腔长变化,从而实现对磁场的传感测量。实验结果表明:测量误差平均值为0. 43μT,方差为0. 3μT,系统的相位灵敏度为1. 62 rad/μT。提出的光纤微弱磁场传感器具有体积小、响应快、响应带宽大、可多点组网等优势,在未来微弱磁场的测量中有着巨大的应用价值。     

基于偏磁薄膜矫正的直流光学电流传感器设计

针对高压输电中直流的检测,提出一种基于偏磁薄膜矫正的直流光学电流传感器.偏磁薄膜固定磁场在石榴石材料中的方向提高了传感器测量精度,采用偏振计直接检测偏振角的方法消除了偏振面预偏角度误差对测量系统的影响.对传感器实现直流检测进行理论分析,设计了传感器的光路结构,并使用传感器进行直流检测实验.结果表明：该传感器能兼顾灵敏度和测量范围的需要且测量输出线性度高,线性拟合度为0.999 53,多次测量重复性好,误差小于0.4％.     

线双折射对光纤光栅磁场传感器性能影响的理论分析

本文介绍了基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器的工作机理。利用光纤光栅的偏振效应测量磁场可以克服以前传统测量磁场使用磁致伸缩材料不适合测量瞬态磁场的缺点,而且在传感头的设计上能够更加灵活。在传感头设计中,由于光纤本身存在的线双折射会对测量结果带来影响,为了明确双折射对光纤光栅磁场性能的影响,提高测量系统的准确爱,文中利用琼斯矩阵对光纤固有线双折射对传感器的测量特性的影响进行了理论推导和仿真分析,分别对稳态磁场和瞬态磁场受双折射的影响进行了仿真分析,为基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器下一步实验研究提供了理论参考。     

一种基于表面等离激元的纳米温度传感器

本文基于表面等离激元(Surface Plasmon Polariton,缩写为SPP)共振腔提出了一种新型纳米温度传感器。随着温度的升高,金属的折射率会发生微小的变化,而且,共振腔的整体结构也会发生热膨胀,这都是共振腔共振波长随温度变化的因素。同时,为了放大温度对共振波长的影响,引入了一个热膨胀系数不同的金属双层膜,随着双层膜的形变,共振腔的共振波长随之发生更明显的变化。这种共振波长移动的大小可用于测量温度的变化。此外,本文采用有限元法(Finite Element Method,简称FEM)来计算共振腔的光学特性。据了解,这是第一个基于SPP共振腔热膨胀的纳米光学温度传感器,而且与同等尺度的传感器相比,其拥有较大的灵敏度。     

动态躯干—左心室模型的初步研究

为研究心室变化对心脏磁场的影响,本文利用健康人彩色多普勒成像提取一个心动周期的左心室图像数据,建立了一个动态的磁场边界元模型。文中基于该模型研究了电流偶极子在左心室舒张期220 ms和320 ms时刻所产生的心脏磁场数据,结果显示当偶极子位于左心室腔内时,220 ms时刻的磁场强度大于320 ms时刻的磁场强度;当偶极子位于左心室腔外(心肌中)时,磁场强度相对前者的变化小,且320ms时刻的磁场强度略小于220ms时刻的磁场强度。此外文中仿真了健康人的整个心动周期的心脏磁场,并与实测的心脏磁场数据进行了对比,仿真结果显示仿真的心脏磁场的强度整体上小于实测磁场。这说明了利用彩色多普勒成像数据分别对左心室舒张初期和舒张末期的心脏磁场进行建模仿真能获得更多的特征信息。     

一种改进的激光多普勒测量光纤光路

为了解决传统激光多普勒差频测量光路存在的光功率损耗大、参考光功率不可控等问题,在传统激光多普勒光路中增加了光纤环形器,设计了一个全光纤激光多普勒差频测量光路,并分析计算了传统光路和改进光路中各光纤无源器件的光功率损耗和整体光路中光的利用率。通过搭建激光多普勒测量系统,采用两种光路对音叉振动进行测量,设计了两种光路的对比性试验;采用光功率计实测了两种光路的输出光功率,进而计算出其光利用率;同时,采用数字示波器实时观测两种光路光电探测器输出的多普勒频移信号波形,并从信号幅值、信号对比度和信噪比等方面进行了分析计算。试验结果表明:分析计算结果和实测结果相吻合,改进的激光多普勒测量光路提高了光的利用率;可通过不同分光比的光纤耦合分束器来控制参考光光功率,使得输出的多普勒频移信号幅值增大,信号信噪比和对比度都有所提高。     

基于光纤Bragg光栅的动态应变信号的解调研究

推导了基于非平衡M-Z干涉仪和直流相位跟踪零差法(PTDC)、相位载波零差法(PGC)2种相位检测方法的FBG动态应变信号解调系统的工作原理;搭建了振动试验系统,对2种解调系统进行了比较,试验证明:2种解调系统均能在10 kH z的频率范围内正常工作,但前者在测量范围、抑制噪声等方面有明显优势;构建了基于FBG的材料冲击试验系统,给出了试验参数,试验结果显示所检测信号的信噪比约为80 dB,最小能检测的动态应变相对量为10-4;研究证明:FBG在动态应变信号检测方面有良好的性能。     

光波导陀螺谐振腔谐振特性研究

光波导陀螺谐振腔特性是光波导陀螺谐振腔设计和制备中的关键因素.从多光束干涉的基本原理出发,推导了集成光波导陀螺谐振腔一般谐振过程中,谐振环光强和输出光强表达式.确定了谐振条件和最佳匹配条件,分析了谐振腔的谐振特性.推导了最佳匹配条件以及非最佳匹配条件下,谐振腔内光强幅值表达式,并研究了两种情况下光强幅值的相互关系.     

基于M-Z干涉仪的全光纤电流传感器

光纤电流传感器以其诸多的优点一直备受高压输电领域的关注.随着电力工业的发展,大容量、远距离的特高压输电已经成为我国电网发展的必然趋势,M-z 干涉仪作为一个典型的代表,自然也不例外.分析了磁致伸缩材料的各项参数,得出了磁致伸缩材料的磁致伸缩量与磁场的关系式,通过理论计算了波长漂移量与电流的关系式,并利用光谱仪对其进行波...     

Miniaturization of a patch antenna using circular reactive impedance substrate

In this article, to construct a reactive impedance substrate, unit ring is designed and proposed with radial and concentric mode analysis. A cylindrical substrate backed with a PEC plane and circular metallic elements on the top is used for achieving reactive surface impedance behavior. In this aspect, three unit rings structure with different ring elements are designed and simulated to realize the reflection phase characteristics. Afterwards, a probe‐fed circular patch antenna is miniaturized by stacking the three‐ring circular reactive impedance surface. The fundamental resonance frequency of the proposed antenna is reduced by about 30% with an improvement in impedance bandwidth by 121.6%. An improved front‐to‐back ratio as well as an acceptable co‐pol and cross‐pol isolation is exhibited in both E‐plane and H‐plane at the resonance frequency. In addition of miniaturization, dual band behavior has also been observed in the proposed design. Both resonance phenomena have been explained by circuit model representation and surface current distribution analysis. Improved radiation efficiency at 81.5% has been measured for the proposed antenna configuration.     

Ring shape anchored RF MEMS contour mode disk resonator for UHF communication applications

A new high reliable microelectromechanical radial contour mode disk resonator is demonstrated with the ability to work at UHF range and high quality factor in both vacuum and air. This structure is capable to work at second radial mode without increasing the insertion loss and therefore lowering Q. These characteristics are achieved because of the ring shape anchor which is placed at the nodal ring of a hollow disk resonator at the equivalent second radial mode. Also the ring shape anchor seems to be more reliable than stem shape anchors reported in previous works. The motional resistance of the resonator is decreased due to displacement of electrodes, both inside and outside of the structure. In addition to providing simulation results, this paper formulates the resonance frequency and calculates the optimum location of the anchor. Transfer function, resonance frequency and anchor displacement versus inner radius are also studied.     

基于小波和支持向量机的光纤微振动传感器模式识别

为实现对双M-Z型光纤传感器的振动信号进行识别,提出一种基于小波能熵和支持向量机(SVM)的光纤传感信号模式识别方法。该方法对小波分解得到的各频段系数求解其能量信息熵,归一化后得到特征向量。其作为SVM的输入,通过选用合适的核函数和多类的分类方法,对SVM多类分类器进行建模。在多种振动信号的条件下,用测试样本对SVM分类器模型进行测试,测试结果表明:该方法对双M-Z型光纤微振动传感器的振动信号的分类达到了较高的识别率。     

基于双三角形谐振环结构左手材料的矩形微带贴片天线

设计了一种双三角形谐振环结构的左手材料,通过理论计算和仿真实验证明了其具有电磁左手材料性质;将双三角形谐振环结构的左手材料加载在矩形贴片微带天线上,并给出了矩形微带贴片天线的结构参数;利用HFSS仿真软件对比了加载左手材料前后矩形贴片微带天线的性能,仿真结果表明,左手材料的加载提高了天线的带宽,增大了天线的增益,有效地抑制了旁瓣。     

基于M-Z动态干涉仪的全光纤麦克风研究

设计了一种新型的全光纤干涉型型麦克风.通过构造由光纤耦合器和镀铝振膜组成的动态M-Z干涉光路,将外界声压对振膜的作用转化为对光路相位的调制,得到的输出光信号光电转换后可直接提取出原声音信号.整个光路和光纤探头部分无任何电的参与,具有抗电磁干扰、尺寸小、灵敏度高等优点.并通过实验对该光纤麦克风进行了测试,得到了较好的实验结果.     

双频率调制谐振式光纤陀螺谐振谷分裂现象研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是利用光纤环形谐振腔的Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件.双频率锯齿波组合调制技术可应用于谐振式光纤陀螺数字处理系统.实验发现,在基于双频率锯齿波组合调制技术的R-FOG系统中,对激光器输出光频率进行扫描时,在示波器上观察到光纤环形谐振腔的谐振曲线会分裂成两个谐振谷.利用频谱分析与光波场叠加原理相结合的方法对光纤环形谐振腔的输出光场进行了具体推导和仿真分析,并对谐振谷分裂现象的物理原因作了解释.仿真分析发现,光纤环形谐振腔的谱线宽度越窄或两个锯齿波组合调制频率相差越大,谐振谷分裂现象越明显.最后对这种谐振谷分裂现象进行了具体测试,实验测试结果和理论分析结果一致.     

基于同向开口双环的双通带左手材料研究

为了改进传统的开口谐振环-导线（ SRRs-wire）结构电磁特性,利用不同大小的开口谐振环所产生不同负磁谐振频率点的特点,设计了同向开口双环的SRRs-wire结构,并给出了其等效电磁参数反演结果。通过增加其单元结构的金属短线的个数实现了双通带左手特性;同时通过改变外环为U型环降低了内外环的相互耦合。利用内外谐振环间具有弱耦合的特性,提高了高频左手通带的带宽,同时可以较方便地调节双通带工作频率点,具有很好的可调性。