光声和气体滤波技术相结合的CO探测方法

对火灾中痕量一氧化碳检测不仅可用于燃烧过程分析,产物毒性分析,并且能实现灵敏可靠的火灾探测.但常用的光声仪器的现场性、实时性较差,一般红外吸收法又不如前者灵敏.我们提出一种综合利用光声和CO气体滤波技术进行现场CO检测的方法,保持了吸收光谱法的现场性,又可达到光声方法的灵敏度.     

基于光声光谱技术的多组分气体探测研究进展

多组分痕量气体检测在工业、军事、农业和医疗等领域均有着重要的研究和应用价值。高性能光声光谱技术因其灵敏度高、响应快、选择性高及非接触式实时连续测量等优点受到人们的青睐。本文首先对多组分气体监测需求和光声光谱技术的主要优势和基本原理进行阐述;然后从光源分类的角度出发,介绍了现有多组分气体测量技术的最新研究进展,概括光声光谱中常用的探测方式,包括多路复用技术和干涉型傅里叶变换红外光谱等,并对其具体的适用范围和优缺点进行了对比分析。同时,针对实际应用环境中气体传感系统主要存在的光谱干扰和吸附效应的问题,介绍了相应的解决方法。最后,对光声光谱多组分探测方法的未来发展方向进行了总结和展望。     

采用光声光谱技术检测乙炔气体的研究

气体光声光谱检测技术灵敏度高,不消耗被测气体,能够很好地检测变压器油中溶解的微弱气体.乙炔是变压器产生的微弱气体之一,为了检测乙炔气体,构建了用以检测该气体的实验装置.利用该装置,对外腔可调谐半导体激光器的辐射特性进行了分析;深入分析光声池的品质因数和频率响应;在低气体体积分数、低激光功率条件下,得到了光声信号与气体体积分数、激光功率间的关系.     

空间目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统

针对空间目标高精度、实时性等测量要求,通过对天空背景光谱辐射特性的分析,提出一种空间目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统。该系统以力矩电机和光电编码器作为转动控制基础,加入时统系统为实时测量提供保证,引入测量电视确保系统指向精度,以积分球和光纤光谱仪作为接收器件,实现准确可靠的测量。通过对系统的光谱辐射定标及外场引导测量实验,结果表明,系统光谱位置最大误差为0.31 nm,其对于天空背景光谱辐射亮度的测量结果与利用大气辐射传输模型软件MODTRAN模拟计算的结果具有较好的一致性,所得到的天空背景相关特性与天空背景的真实情况相符合。该系统能够实现对空间目标所经过的天空背景光谱辐射特性的自动测量。     

煤矿用光纤Bragg光栅火灾探测系统研究

采用特殊合金材料封装制作了光纤Bragg光栅火灾探测器,温度传感实验表明,该火灾探测器的温度灵敏度是裸光栅的1.755倍,实现了温度的增敏;应用该火灾探测器与光纤光栅波长解调仪、数据传输和控制总线、数据控制中心等设计了煤矿用光纤Bragg光栅火灾探测系统,该系统采用光纤光栅波长解调仪对由现场感温光栅反射回的光信号进行波长解调并测试波长的变化率,通过该波长变化率获知是否发生火灾。实验表明,该系统具有较高的火灾探测准确率,并能缩短报警时间。     

单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究

根据声发射引起的扰动振动现象.提出采用单模光纤耦合器检测振动的声发射探测技术.单模光纤耦合传感器耦合输出与传感器耦合区长度和振动频率有确定的函数关系.分析和设计了熔锥耦合型单模光纤声发射振动传感器.搭建了相应的等强度悬臂梁振动监测及解调系统,通过与当前使用的压电振动传感器的室内实验,对比测试冲击信号和周期信号,验证了该传感器能有效实现振动扰动的检测.结合岩石试件破裂实验,进一步验证光纤耦合声发射振动传感器是能实现岩石声发射检测的一种新的检测技术方法.光纤耦合振动传感器以其灵敏度高,制作简单,抗干扰能力强,性价比高,使用简单等优点在其他光纤传感器和传统的电类传感器中,具有不可比拟的应用前景.     

基于频移干涉光纤腔衰荡技术的甲烷传感系统

煤矿事故严重威胁人们的生命和财产安全,瓦斯作为煤矿事故的罪魁祸首,其主要成分是甲烷。因此,选择一种性能优良并且能够实时探测甲烷浓度的气体传感器对安全生产和检测大气环境是十分有意义的。在众多气体传感器中,光纤气体传感器由于容量大、损耗小、体积小、抗腐蚀、抗干扰能力强等优势受到学者和仪器制造商的青睐。本文对比了几种光纤气体传感器,基于光谱吸收技术的光纤气体传感器体积小、成本低、功耗小,其使用最为广泛。在光谱吸收技术的基础上,发展了一种高灵敏度的探测技术,腔衰荡CRD(Cavity Ring-Down)技术。相比于普通的光谱吸收技术,其吸收光程长,灵敏度高出3个～4个数量级,并且对光源强度稳定性要求不高。但是,为了有效、实时地探测到衰荡信号,该技术对探测器的速度要求极高。本文研究的频移干涉腔衰荡FSI-CRD(Frequency-Shifted Interferometry Cavity Ring-Down)技术,通过将腔衰荡技术结合频移干涉技术,构建了频移干涉腔衰荡甲烷传感系统,实现了衰荡信号从时间域到频域的转换,降低了对探测设备的要求,并通过实验验证了该系统可以用于甲烷气体浓度的测量。     

球形光声腔中二氧化碳的检测

气体光声光谱技术是一种基于光声效应的微量气体检测技术,它具有高灵敏度、高选择性、大动态检测范围的优点,本文从理论上讨论了气体检测球形光声腔共振模式的声学特性,计算表明,与常用的圆柱形光声腔比较,球形光声腔不存在粘滞损耗,具有更好的检测特性;利用球形光声腔和二氧化碳激光器构成的气体光声检测系统,从实验上测量了球形光声腔的共振模式,与理论计算结果一致;实验结果表明注入浓度为300 ppm二氧化碳的球形光声腔所激发的光声信号为5.68 mV,信噪比高达45,尽可能地降低了声波在光声腔内壁附近的热损耗和粘滞损耗,提高了二氧化碳气体检测灵敏度。     

一种低温光声光谱检测系统

报道了一种可工作在液氮温度下的低温光声光谱检测系统。本系统以大功率氙灯与单色仪联用作为光源,采用光纤导入技术和双腔结构,优化的光声池设计和专门设计的系统控制软件,实现了300～800nm的扫描范围,1 nm的分辨率。实验检测室温和液氮温度下碳黑的光声光谱,结果表明本系统在低温下具有较灵敏的响应特性。     

单片机控制的光声光谱气体检测系统的设计

根据HITRAN数据库中甲烷分子近红外吸收谱线,选用波长1651nm二极管激光器作为光源,研制了一种新型近红外光声光谱甲烷气体浓度检测系统.以单片机AT89C52为核心处理器,融合了模/数转换电路、通信电路显示电路、看门狗监控电路等组合技术,可进行声、光报警,具有通信功能.实验表明,该系统的稳定性和灵敏性都大大提高,实现了对甲烷浓度的检测和显示,检测的灵敏度为1460 ppm/m.在煤矿瓦斯监测、大气环保监测、天然气泄漏监测等方面都具有广泛的应用前景.     

利用分布式光纤传感技术检测天然气管道泄漏

简述了基于Sagnac光纤干涉仪原理的天然气管道泄漏检测系统理论模型和实验系统,并对系统的性能进行了理论分析和实验研究,实验结果与理论分析相吻合,表明该系统可以实现对天然气管道的泄漏检测及定位。     

An all-optical photoacoustic spectrometer for trace gas detection

An all-optical photoacoustic spectrometer based on the diaphragm-based extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) fiber acoustic sensor for trace gas detection at atmospheric pressure and room temperature is first developed. The diaphragm-based EFPI fiber acoustic sensor is used to replace the conventional acoustic sensor in this system. Tunable erbium-doped fiber ring laser (TEDFRL) with an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) is used as the excitation light source for the generation of the photoacoustic (PA) signal. A first longitudinal resonant PA cell with double absorption optical path is used to improve the sensitivity of the system. The advantages of all-optical photoacoustic spectrometer are immunity to electromagnetic interference, safely in flammable and explosive situations, and long distance sensing. This system is developed for the continuous and real-time measurement of acetylene gas at room temperature and atmospheric pressure. With the wavelength modulation and lock-in harmonic detection method, the minimum detectable limit of 1.56 parts-per-billion (ppb) volume acetylene (signal-to-noise ratio, SNR = 1) at the 1530.37 nm transition line was achieved.     

新型光纤化学瓦斯传感器的研究

利用超分子化合物穴番A对瓦斯气体的吸附作用将引起光纤包层折射率发生相应改变,结合模式滤光检测技术,提出了一种新的瓦斯传感器检测方法.分析了这种光纤化学瓦斯传感器的工作原理、组成结构及光纤的涂层方法.针对传感系统进行瓦斯监测实验表明:这种传感器能实时准确地检测出甲烷气体体积分数,是一种简便,快速,灵敏的瓦斯检测办法.     

基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检测方法

针对传统方法难以精确诊断输气管道泄漏的难题,提出采用准分布式光纤B ragg光栅(FBG)传感技术实现天然气管道泄漏的在线监测技术。利用一条FBG光缆作为传感器,并行铺设在天然气管道附近,拾取管道由于泄漏、附近机械施工和人为破坏等事件产生的压力和振动信号,通过匹配光栅法和自动识别技术检测管道泄漏并进行定位。实验结果表明:该方法可以实现对天然气管道泄漏进行诊断并定位。     

基于双向快速探索随机树的狭窄通道路径规划

针对移动机器人路径规划过程中基于快速探索随机树（RRT）算法难以对窄道进行采样的问题，提出一种专门用于狭窄通道路径规划的改进桥梁检测算法。首先对环境地图预处理并提取出障碍物边缘节点集合作为桥梁检测算法的采样空间，从而避免了大量无效采样点，并使窄道样本点分布更加合理化；其次改进了桥梁端点的构建过程，提高了桥梁检测算法的运算效率；最后使用一种轻微变异Connect算法快速扩展窄道样本点。对于实验中的窄道环境地图，与原始RRT-Connect算法相比较，所提改进算法的路径探索成功率由68%提高到92%。实验结果表明，该算法能够较好地完成窄道样本点采样并有效地提高路径规划效率。     

差动吸收式SO2光纤传感器的研究

本文基于气体的窄带光吸收特性 ,研究了 SO2 气体浓度与载波光强的关系 ,在此基础上 ,设计了一种检测该气体浓度的差动光纤传感器及其系统 ,对改善仪器精度等特性指标的主要因素进行分析。实验结果表明该仪器具有较高的灵敏度和精度。     

基于HOG-SVM的跳频信号检测识别算法

针对非合作通信场景下的跳频信号自动化检测识别问题,本文提出了一种基于方向梯度直方图与支持向量机的跳频信号检测识别算法。该算法将无线通信信号转化为包含时间、频率和幅度的时频瀑布图,采用方向梯度直方图特征提取算法将不同跳频序列在瀑布图上产生的独特结构特征提取出来。然后利用支持向量机将特征序列映射到高维空间,通过寻找最大间隔分离超平面,实现跳频信号的检测与多种跳频序列的识别,并依此建立跳频信号检测识别原型系统。最后在室内多径信道环境下进行了测试验证,该算法能够完全自动化的精确检测到开放电磁环境下的跳频信号并且能够实现对多种跳频序列的识别。在信干噪比不超过20dB时,针对不同跳频序列的平均识别正确率能够达到98.01%。     

基于SAW表面气液相效应和GC分离柱的气敏传感器

限于传统涂敷敏感膜的声表面波（SAW）气敏传感器存在成膜困难和选择性差、重复性差以及再生性差等问题,本研究提出一种基于压电基底表面气体气液相转换效应机理的瑞利波传感器。在此基础上开发了一种基于瑞利声表面波传感器和气相色谱（GC）分离柱的便携式气体检测系统。最后实验论证了方案的可行性,初步的实验结果表明该系统具有分析时间短、选择性好、灵敏度高,可检测ppb（10^-9）浓度的混合VOCs以及成本低等优势,显示其在痕量挥发性有机气体检测和分析应用上有良好的潜力和前景。     

发电机励磁碳刷运行故障检测方法

针对发电机励磁系统中碳刷结构故障检测困难,故障定位不准确的问题,本文根据实际碳刷运行过程建立碳刷结构检测系统。通过建立组件对象模型(Component Object Model COM)动态检测方案将碳刷结构模型化,使系统能够更为精确的检测到故障原因。设计数字式光纤传感器(BF5R)检测电路将碳刷故障过程图像化,缩短系统检测时间。通过改进维格纳威尔分布(Wigner Ville distribution WVD)故障定位算法精准定位碳刷故障位置,采用合理方式进行维修。通过Proteus软件仿真检测系统运行过程,实验表明本设计对碳刷故障检测具有明显效果,在15KW发电机环境中,碳刷故障定位时间为3.5min,信号幅值为13V,结果精确度为96.4%,证实了本设计的可行性;通过仿真对比三种不同系统信号检测幅值电压和检测准确度曲线,由此验证了本研究的优越性。     

Preliminary scanning fluorescence detection of a minute particle running along a waveguide implemented microfluidic channel using a light switching mechanism

It has long been thought that an optical sensor, such as a light waveguide implemented total analysis system (TAS), is one of the functional components that will be needed to realize a “ubiquitous human healthcare system” in the near future. We have already proposed the fundamental structure for a light waveguide capable of illuminating a living cell or particle running along a microfluidic channel, as well as of detecting fluorescence even from the extremely weak power of such a minute particle. In order to develop novel functions to detect the internal structure of living cells quickly, an angular scanning method that sequentially changes the direction of illumination of the minute cell or particle may be crucial. In this paper, we investigate fluorescence detection from moving particles by switching the laser power delivery path of plural light waveguides as a preliminary experiment toward this novel method. To construct an experimental system able to incorporate a switching light source mechanism cost effectively, we utilized a conventional TAS chip with plural waveguide pairs arranged in parallel, and a forced vibration mechanism on an optical fiber tip by a piezoelectric actuator. With this system, we performed an experiment to detect extremely weak fluorescence using micro particles with a fluorescent substance attached and an optical TAS chip that incorporated a microfluidic channel and three pairs of laser-power-delivering light waveguide cores. We successfully obtained clear, quasi-triangular-shaped pulses in fluorescent signals from resin particles running across the intersection under three different conditions: (1) a particle with approximately the same velocity as that of a forced-vibrated optical fiber tip of approximately 700 mm/s, (2) a particle with velocity 1 digit smaller than that of an optical fiber tip, and (3) a particle with velocity approximately 1/20 that of an optical fiber tip.