基于粒子群算法的FBG传感系统数据采集速率优化北大核心

首先介绍了光纤光栅(FBG)远程传感系统的组成及解调方法。针对FBG传感系统在远程设置零点时,数据处理速率波动引起的数据采集速率与数据处理速率不匹配问题,提出引入粒子群(PSO)算法实时在线优化光谱扫描速率,使动态传感系统持续处于系统可能达到的最高数据采集速率,降低传感系统测量精度。最后通过实验平台验证了该算法的有效性。     

微孔发泡挤出技术制备光缆填充绳

微孔发泡材料是一种新型的改性热塑性聚合物材料,微孔技术的引入,并结合聚合物挤出设备,成就光缆发泡填充绳的诞生,本文主要介绍微孔发泡技术、挤出设备及发泡填充绳成本优势.     

近红外光谱检测技术在塑料分选中的应用进展

近红外光谱检测技术(NIRS)在塑料分选中的应用旨在对塑料种类与组份进行识别,从而提高回收效率最终实现资源的综合利用。本文首先介绍传统塑料分选技术发展;其次概述近红外检测技术原理与其在塑料领域的应用现状;最后对在塑料分选领域应用前景进行了总结与展望。在塑料分选领域,近红外光谱检测技术相比传统的物理和化学检测方法,具有快速、无损、高效等明显的优势,可通过实时、在线检测,定性与定量的方式对未知样品进行识别与分选。尽管该技术在一些实验研究中已经取得了显著的阶段性成果,但在实际工程应用特别是检测的精准度,外延新的应用场景等方面仍需进一步研究和优化。     

近红外光谱(NIRS)技术的大鼠胶质瘤活体在位检测研究

采用一套专门设计的由微创光纤探头组成的光纤光谱仪生物组织光学参数测试系统,实时在位地获取C6胶质瘤大鼠脑组织的近红外光学参数,探讨以此为指标判别肿瘤基本信息、辅助临床诊断的可能性.利用该测试系统对患有C6胶质瘤的大鼠脑部肿瘤侧和正常侧进行近红外光谱检测.实验结果表明:优化散射系数和血氧饱和度可反映肿瘤位置及病理分化程度信息.证实近红外微探针技术对胶质瘤定性诊断是可行的,为近红外光谱技术临床应用打下基础.     

水果内部品质近红外动态在线检测研究进展

近红外光谱技术具有无损检测、分析效率高、速度快、重现性好,适于现场检测和在线分析等特点,并已渗入到各个领域,在提高生产技术水平和改善产品质量方面发挥着重要作用。本文简述了水果近红外光谱在线检测原理和方式及动态在线检测装置的组成,并介绍了在线检测的控制过程及在线检测分析软件。总结了国内外近红外光谱技术在水果内部品质在线检测与分级方面的应用情况,并分析水果内部品质在线检测与分级中存在的问题,指出了水果内部品质近红外光谱在线检测的进一步研究方向。     

基于光纤声发射传感技术的桥梁监测实验研究

光纤传感器耐久性好,体积小,质量轻,易于实现分布式检测,能满足桥梁等土木结构的实时健康监测.该文设计了一非本征光纤法布里-珀罗(F-P)传感器结构,分析了光纤F-P声发射传感机理,建立了基于光纤F-P声发射传感技术的检测系统,用于混凝土桥梁健康状况的实时在线检测.实验结果表明,该传感器结构简单,体积小,成本低,制作容易,能有效用于桥梁健康监测,易于实现商品化.     

利用波长检测的光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输差对温度的敏感性及保偏光纤模式干涉理论,提出了利用波长的温度检测方法并推导出传感方程.传感方程表现出的温度与干涉频谱中对应的空间频率间呈线性关系,简化了温度解算的程序.实验中,对Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器的工作电压与相对应的允许通过波长的关系进行了研究,并使用F-P可调谐滤波器取代光谱仪来获取光谱,简化了实验设备.由于被测信息仅与波长信息有关,而与光在传播过程中所引起的光源光功率的浮动无关,所以,使用这种检测方法消除了光源的浮动以及光在传榆过程中的损耗等对系统的稳定性和精度的不利影响,提高了传感器的环境适应能力.     

水轮机转轮叶片裂纹实时在线检测研究

水轮机转轮叶片长期工作在恶劣环境下,易产生疲劳裂纹,导致重大事故发生.该文设计一非本征型光纤法布里-珀罗(F-P)干涉腔结构,研究了F-P腔的光学干涉模型,设计了F-P腔的初始腔长,并基于光纤声发射传感技术建立了水轮机转轮叶片裂纹实时在线检测系统,进行实验研究.结果表明,该系统能有效实现水轮机转轮叶片的实时在线检测,操作简单,实现容易,成本低,易于工程实用化.     

基于可调谐掺铒光纤激光器和掺铒光纤放大器的光声光谱气体分析仪

光声光谱技术用于检测低浓度乙炔气体具有灵敏度高、连续和快速实时在线测量的特点.采用近红外可调谐掺铒光纤激光器(TEDFL)串接大功率掺铒光纤放大器(EDFA)作光源,采用一阶纵向共振式双程吸收光声池,并运用波长调制和二次谐波榆测技术,研制出一种新的高灵敏度微量气体近红外光声光谱分析仪.在常温常压下对低浓度乙炔气体的实验测量结果表明,该系统的极限检测灵敏度达到1.3×10-9,其线性响应相关度达到0.99957,能够满足工业、环境监测和电力系统等对乙炔检测和分析的需要.     

基于ZEMAX的气体光学吸收池的设计与优化

基于光谱吸收法的瓦斯实时监测系统的核心器件是开放式光学吸收池,根据矩阵传输理论和q参数的ABCD法则,设计了由2个相对的C-Lens组成的光学吸收池结构,并在ZEMAX的物理光学模式下实现仿真与优化。由理论分析得到结构的初步参数并在ZEMAX中进行优化,并使用合适的优化操作数对像差进行校正,经过逐步优化得到工作距离为100.39 mm的吸收池结构参数。高斯光束从一端光纤输出的束腰半经为5.2μm,经C-Lens聚焦和准直后,耦合到另一端光纤的束腰半经为5.48μm,该光学吸收池对甲烷近红外激光的耦合效率达到92%。通过实验验证了该光学吸收池的稳定性和高耦合效率,适用于甲烷气体的开放式光学气体传感和在线监测。     

基于荧光猝灭原理的硝基芳烃类爆炸物检测实验研究

基于荧光猝灭原理,以共轭荧光聚合物MEH-PPV为荧光指示剂,采用塑料光纤作为传感和传光元件进行硝基芳烃类爆炸物检测。实验采用探测荧光指示剂荧光寿命的方法进行爆炸物检测,荧光指示剂的荧光寿命利用相移法进行测量。测量了不同荧光指示剂浓度时系统对爆炸物检测的灵敏度,发现当MEH-PPV质量浓度为10 mg/L时,系统的灵敏度最高;研究了U形、双锥形、螺旋形塑料光纤传感头对系统灵敏度的影响,发现双锥形传感头的灵敏度最高;测试了荧光指示剂MEH-PPV的稳定性,实验表明光照会加快MEH-PPV的漂白速度。     

基于激光吸收光谱多点瓦斯监测技术的研究

研究了可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术在煤矿多点瓦斯监测中的应用.分析讨论了基于光谱吸收原理的多点瓦斯实时监测系统的设计方案,TDLAS技术、分布式光纤传感技术和时分复用的信号检测技术相结合,实现多点气体浓度的光学传感.提出了在光路中嵌入标定池的方法来反演浓度.通过不同浓度的瓦斯气体对系统性能进行了测试,检测限低于60×10-6.研究表明系统方案可行,该技术具有实时、连续、非接触快速检测的特点,能够满足矿井瓦斯多点安全监测要求.关键诃: 激光吸收光谱;光纤传感技术;瓦斯;时分复用     

红外、紫外、微光系统与应用

SPIE-Vol.4201 0305049SPIE 会议录,卷4201:工业处理中的光学方法=Pro-ceedings of SPIE,Vol.4201:Optical methods for indus-trial processes[会,英]/SPIE-The Internationnal Societyfor Optical Engineering.—160P.(E)本会议录收集了在波士顿召开的工业处理会议上发表的19篇论文,内容涉及基于小波变换的光谱非校正谱特征检测与修正,在线测量,荧光光谱用于在线生物处理与监测,非破坏性测试,近红外光谱测定原油中气油比例,紫外干涉光谱实时检测汞,工业传感器,可调谐半导体激光器监测工业燃烧过程,电弧炉污染控制用近红外光学传感器。     

光纤光栅反射波长移动研究

提出并实验了一种探测光纤光栅波长移动的新方法.该方法用一组与各个传感光纤光栅的参数对应相同的光纤光栅作为滤波元件,用抖动倍频的方法跟踪传感光纤光栅的反射光谱的峰值点,同时采用高分辨率的光栅尺作为系统的读出设备,彻底消除了压电陶瓷的非线性性及滞后性带来的误差,从而得到高精度的测量结果.     

气体浓度在线检测系统的设计

快速、实时检测甲烷的产生及其浓度,对于工矿安全运行、人身安全、环境保护具有重要的意义.在比尔-朗伯定律的理论基础上,将吸收式光纤传感技术、差分检测技术及计算机数据处理技术相结合,设计了一套高精度的新型时间双光路差分气体浓度在线检测系统,可对气体浓度进行实时在线连续检测.采用计算机的快速数据处理功能,以具有强大软件开发能力的VisualC++6.0为工具,基于用户界面设计出该监测系统的实时动态监控软件.该系统提高了气体浓度检测灵敏度、实现了实时在线连续检测,数据的图形化显示,提高了系统的数据处理能力.     

光纤光栅高速动态振动信号解调技术的研究

研究了一种基于放大自发辐射光源(ASE)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感解调系统.利用改进光源的基础上,在线性边带的上升沿2.5 nm范围内,线性拟合度达到了0.999 4,实现了波长线性解调,动态测量范围达到40～50 dB.实验表明,本文提出的解调系统结构简单、响应速度快、输出线性好,适合高速动态信号的检测.     

基于氧化石墨烯功能化锥形光纤的血红蛋白传感研究

通过混沌相关光纤环衰荡传感系统实时监测氧化石墨烯沉积过程，并采用氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件对血红蛋白传感进行了实验研究。通过实时监测氧化石墨烯对锥形光纤功能化过程中衰荡时间的变化，分析了功能化过程中锥形光纤表面羟基化、硅烷化和氧化石墨烯沉积对光传输损耗的影响。通过扫描电子显微镜对氧化石墨烯功能化锥形光纤效果进行检测。研究了不同浓度的氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件时对血红蛋白传感灵敏度的影响，实验结果表明：与未功能化锥形光纤相比，使用氧化石墨烯功能化锥形光纤进行血红蛋白传感，灵敏度提高了一个数量级。在功能化过程中，氧化石墨烯浓度将影响功能化后锥形光纤的传感灵敏度，且随着浓度的增加传感灵敏度增强。该研究成果有望在生物传感领域得到应用。     

用于皮肤荧光光谱检测的光纤探头设计

为了提高皮肤荧光光谱的收集效率,对用于皮肤组织荧光光谱检测的光纤探头设计进行了重点研究。通过建立人体皮肤组织光学模型,并利用Monte Carlo方法模拟光在光纤探头及皮肤组织中的传播过程,研究光纤数量、光纤芯径、数值孔径、入射光纤与收集光纤近边缘距离、光纤探头与皮肤的距离等光纤探头各特性参数对荧光光谱检测的影响;设计、制作了一种光纤探头,应用于人体皮肤晚期糖基化终末(AGE)产物荧光光谱检测中,分析检测效果,并进行模拟与实验的对比研究。结果表明,较之于常规光纤探头,根据Monte Carlo模拟进行设计的光纤探头,荧光光谱检测性能有明显改进,且模拟与实验结果有一致的变化趋势,验证了通过Monte Carlo模拟进行光纤探头设计的可行性。光纤探头特性参数对皮肤荧光光谱检测有着显著影响,针对不同检测目的,设计特定的光纤探头,能够改善基于荧光光谱检测的医疗设备的性能。     

变压器油中溶解一氧化碳气体的光纤传感技术

为了满足变压器中绝缘纸板因过热或者放电故障产生的一氧化碳气体的在线监测需求, 提出了一种基于光纤光声传感的油中溶解一氧化碳气体检测技术。采用光声光谱气体检测技术、并结合光纤传感和膜分离技术, 设计了集成油气分离和气体检测功能于一体的光纤光声传感探头, 油中溶解的一氧化碳气体通过油气分离膜进入到光纤探头中的微型气腔; 采用两根光纤将探头连接到解调仪器, 分别传输近红外激发光和探测光; 气体吸收光能产生的光声信号被光纤法布里-珀罗传感器探测, 并被设计的光纤光声解调模块进行信号处理, 获得系统对一氧化碳气体体积分数的检测灵敏度为0.345pm/10-6。结果表明, 所设计的光纤传感系统对油中溶解一氧化碳气体体积分数检出限达到5×10-6。该研究具有精度高、抗电磁干扰、脱气简单的优势, 为变压器油中溶解一氧化碳气体的检测提供了新方法。     

高精度准分布式光纤光栅传感系统的研究

利用一个经过温度补偿封装的长周期光纤光栅解调系统中所有测量点的传感光栅的波长漂移,实现了实时、高效解调的准分布式测量.理论研究表明该系统适用于对温度、应变等参量的多布点准分布式测量.并以温度为例从实验上研究了高精度的准分布式光纤光栅传感系统.通过改善每个测量点的测量精度来提高整体系统的测量精度.利用金属槽对传感光纤布喇格光栅进行增温敏封装,使其温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍,并利用经过温度增敏封装的光栅作为传感元件,在110℃(-50 ℃-60 ℃)的动态范围内实现了精度为0.04- ℃的多布点准分布式温度测量,理论分析与实验结果一致.