光纤瓦斯多点传感系统的设计

差分吸收法是基于近红外光谱吸收、远距离监测气体浓度的重要方法.采用双波长差分检测法,选取1 653.7 nm作为甲烷气体的吸收峰,1 652 nm作为参考波长,设计了一种新型远距离多点测量的光纤瓦斯传感系统,可以对甲烷气体浓度进行实时检测.通过对光路链路损耗的预算及吸收系数的计算,综合考虑气室结构和数字信号处理电路等影响系统性能的重要因素,从理论上论证了该方案的可行性.系统的稳定性及测试灵敏度需通过实验验证,仍有较大的提高空间,同时也可用于实现其他气体浓度的监测和远程监控.     

多通道光纤可燃气体监测系统的研究

采用可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术和光分路技术,实现了多通道光纤可燃气体监测系统 的 研制。系统中,监测仪部分采用分离式设计,无源传感探头和有源仪表之间通过光纤连接, 含有浓度信息的光信号通过光纤传输到仪表进行处理。传感探头仅由气室和光纤组成,不带 有任何电路,可以保证探头的本质安全性和抗电磁干扰能力。设计了乘法解调电路,以解决 光纤传输产生的相位延时,而导致测量结果偏差的问题。测试结果表明,本文系统能够实现 现场非电、远程、长期在线和分布式气体浓度监测预警预报,且检测结果不受光纤 长度变化的影响,在工业标准的100最低爆炸极限(LEL)测量范围内能 够正确检测CH₄气体浓度值,检测灵敏度为0.1LEL。     

基于光子晶体光纤的气体传感系统设计与实现

从吸收光谱的测量原理出发,利用光子晶体光纤的空气孔增加光与物质的作用率,提高气体吸收灵敏度.提出一种基于光子晶体光纤的气体传感系统实验方案.实验中通过测量接收端的光功率,根据光功率与气体浓度的关系式推算出气体的相对浓度,实现气体检测.实验结果说明该实验方案提高了气体检测的灵敏度,可作为气体检测的一种有效方法.     

一种用于消化道酸碱度监测的传感器接口芯片

介绍了一款用于消化道酸碱度监测的专用接口集成电路芯片。该电路包含了信号放大电路、模数转化电路等,可以同时测量温度信号。芯片采用0.18 μm CMOS工艺实现,芯片大小仅为0.6 mm×0.4 mm,配合酸碱度传感电极和无线收发模块可制成消化道无线监测智能胶囊。对该芯片进行测试,结果显示,电路工作状态良好,可精确地采集信号,酸碱度检测的精度可以达到±0.1 pH,温度检测精度可达±0.2 ℃。     

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.     

多种气体一体化测量的光纤传感技术研究

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的原理,研制一种光纤式气体监测仪,根据被测气体的吸收峰对应的波长选择分布反馈式半导体激光器作为光源,采用不同频率的光源驱动电路实现对多种气体浓度的同时检测。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,该系统具有一定的检测灵敏度和精度。     

管道泄漏检测分布式光纤传感技术研究

提出了一种基于Mach—Zehnder光纤干涉仪原理的管道泄漏检测分布式光纤传感技术,该技术可以实时检测管道线发生的泄漏。分析了该技术的工作原理,讨论了在泄漏噪声作用下光纤中传播的光波相位变化关系。理论分析和测试结果表明,该测试技术可以有效地提高管道泄漏的测试灵敏度。在气体管道压力小于0．2MPa的条件下,可以检测到0．4m^3／min的气体管道泄漏,测试距离可达到50km。     

基于扫描光源的光纤气体传感系统的研究

提出了一种基于窄带扫描光源的光纤气体传感系统。该系统能在多种气体共存环境下,完成对不同组分气体浓度的检测。克服了传统光纤气体传感系统在多种气体共存环境下需要多台光源进行检测的弊端,降低了工业化气体检测的成本。系统以放大自发辐射(ASE)光源为基础,结合锯齿波(STW)驱动的可调谐法-珀(Fabry-Perot)滤波器形成窄带扫描光源。针对可调谐滤波器的电容特性会引起锯齿波驱动失真的现象,提出了采用并联谐振回路的方案来解决锯齿波驱动失真的问题,保障了扫描光源工作的稳定性。实验结果表明,在乙炔和氨气混合气体的环境下,本系统可以实现对不同组分气体浓度的同时检测,检测结果误差较小。     

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     

花状ZnO纳米棒的合成及丙酮敏感特性的研究

利用水热法合成花状的ZnO纳米棒,并对其进行X射线衍射（X-ray diffraction, XRD)与扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM) 表征.以该ZnO为敏感材料制成了旁热式结构气体传感器,测试了样品在不同温度下对丙酮气体的灵敏度.结果表明样品在290℃下对于丙酮气体具有高的灵敏度、快的响应恢复速度等特点.测试了传感器对于常见干扰气体的灵敏度,表明器件具有良好的选择性.     

基于环腔光纤激光器的气体检测方法

基于内腔光纤激光器原理设计了气体检测系统,可以检测气室中待测气体的种类和浓度.在分析气体检测系统的基本构成原理基础上,以乙炔气体为例,进行了气体测试实验,并就检测灵敏度、浓度检测精度两方面分析和计算了该检测系统的性能.结果表明,基于内腔光纤激光器原理的气体检测系统重复性小于0.07,气体检测的灵敏度小于0.03%,气体检测的精度不小于0.17%.     

花状ZnO纳米棒的合成及丙酮敏感特性的研究

利用水热法合成花状的ZnO纳米棒,并对其进行X射线衍射(X-ray diffraction,xRD)与扣描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)表征.以该ZnO为敏感材料制成了旁热式结构气体传感器,测试了样品在不同温度下对丙酮气体的灵敏度.结果表明样品在290℃下对于丙酮气体具有高的灵敏度、快的响应恢复速度等特点.测试了传感器对于常见干扰气体的灵敏度,表明器件具有良好的选择性.     

一种用于温补晶振的EEPROM修调电路设计

设计了一种用于温度补偿晶体振荡器(TCXO)的数字修调电可擦除只读存储器(EEPROM)电路.该电路具有正常工作模式和RAM WRITE、EEPROM WRITE、EEPROM READ三种测试模式,用于TCXO中模拟补偿电压的修调.在SMIC 0.35μm工艺下,采用HSPICE工具对设计的电路进行了仿真与验证,结果表明该电路具有可靠性高和功耗低的优点.     

检测多点气体泄漏的塑料光纤传感系统

丙烷和甲烷之类的易燃气体在许多家庭和工厂中广泛使用。然而,由气体泄漏引起的事故对日常生活已构成威胁。因此,迫切需要研发快速反应、高灵敏度的气体泄漏传感器。鉴于此,由于塑料光纤（POF）具有成本低、重量轻、抗电磁噪声等诸多优点,日本山梨大学医学工学综合研究部的科研人员对POF气体泄漏传感器进行了研究。他们研究了检测多点气体泄漏的POF传感系统及其长期稳定性。在实验中,检测到浓度小于1％的丙烷和甲烷气体。该检测依靠的不只是一种光波长。因此,采用不同波长的几种发光二极管（LED）光源构建了检测多点气体泄漏的POF传感系统。在实验中采用蓝光、绿光和红光LED,可成功实现三点气体泄漏的传感。此外,考虑到系统的实际应用,还检测了传感头的长期稳定性,并证实其灵敏度15天以上不改变。     

基于相关滤波技术的红外SO2传感器信号处理电路设计

为了提高二氧化硫浓度测量系统的检测灵敏度,基于微弱信号检测特点,结合相关滤波技术和红外吸收原理,设计了以相关检测技术为核心的微弱信号数据处理电路,提高了系统的检测灵敏度,电路结构可靠、简单、实用。在实验室条件下,对该系统进行了二氧化硫浓度的性能测试,并对实验数据进行了有效的分析和拟合处理,给出了二氧化硫浓度与电压的关系式。     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

基于微纳光纤模式干涉仪和石墨烯薄膜的氨气传感器

将单锥微纳光纤模式干涉仪和石墨烯相结合,实现了一种高灵敏度的光纤式氨气传感器,其利用石墨烯的特异性吸附效应及微纳光纤结构的高灵敏度传感特性,通过检测干涉光谱的漂移量实现了对氨气浓度微弱变化的检测.对不同组传感器进行了对比分析,结果表明当光纤直径为3.4μm时最大检测灵敏度为10.8 pm/ppm,与文献中采用其它光纤结构所报道的结果相比几乎提高了一倍.该传感器具有结构简单、易于实现及灵敏度高等优点,在危害气体浓度报警和人体健康检测等领域有潜在的应用前景.     

基于相关滤波技术的红外SO_2传感器信号处理电路设计

为了提高二氧化硫浓度测量系统的检测灵敏度,基于微弱信号检测特点,结合相关滤波技术和红外吸收原理,设计了以相关检测技术为核心的微弱信号数据处理电路,提高了系统的检测灵敏度,电路结构可靠、简单、实用。在实验室条件下,对该系统进行了二氧化硫浓度的性能测试,并对实验数据进行了有效的分析和拟合处理,给出了二氧化硫浓度与电压的关系式。     

用于氨氮检测的三维微纳氨气传感芯片及系统研究

该文设计并制备了一种多层微结构的安培型氨气三维微纳传感芯片,并构建了以此微传感芯片为敏感单元的氨氮检测系统,探索了使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法。该微传感芯片采用微纳加工工艺制备,使用聚合物键合工艺在较低温度下实现了微传感器多层结构的封装。使用纳米铱作为传感器的敏感材料,其具有良好的电催化氧化能力,可使传感器具有较高的灵敏度。对Ag/AgCl微参比电极的稳定性进行了考察。使用自行设计的氨氮检测系统对氨氮样品进行检测,对微传感器的时间响应特性、浓度响应特性、重复性及选择性进行了测试和分析。实验结果表明,在0.5~10 mg/L的测试范围内,检测电流与氨氮浓度保持良好的线性,灵敏度为1.62 A/(mg/L),线性相关系数为0.995,重复性偏差为5.73%。同时,传感器显示出良好的选择性。     

新型的ISFET微传感器读出电路单芯片集成研究

生化微传感集成系统是目前的研究焦点,本文以在线性区和饱和区两种模式下工作的pH-ISFET作为研究对象,提出ISFET微传感器与其信号读出电路的单芯片集成,并深入研究传感机理以及与标准CMOS兼容的敏感材料制备技术.整个芯片包含ISFET/REFET微传感差分对、双模式ISFET/REFET放大器、次级差分放大、参比电极Pt、恒流源等,采用新加坡Chartered半导体集成电路公司3.3V标准CMOS工艺流片.同时进行传感器芯片的pH响应实验测试,获得53mV/pH灵敏度.