基于谐波检测原理的双气室气体传感器研究

基于气体的近红外吸收机理,研究了一种双气室光纤气体传感系统。通过光纤光栅和压电陶瓷对宽带光源LED进行波长调制,获得与气体吸收峰对应的窄带反射出射光。利用谐波检测原理,检测测量气室和参考气室的二次谐波信号,以它们的比值作为系统输出,消除了吸收系数随环境的变化、光源光功率的波动和光路干扰对测量精度的影响。利用波分复用技术实现了多种气体的高精度测量,甲烷气体测量的实验结果表明该系统的测量灵敏度可以达到1×10-5。     

双光路光纤浓度传感器的研究

本文介绍了根据光纤弯曲损耗测量溶液浓度的原理和方法。利用双光路光纤结构和数据拟合技术，对盐水的浓度进行实际测量。结果表明此技术可应用于微区浓度测量，并具有较高的精度．     

基于FBG的CH4浓度传感系统

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型CH4浓度传感方案.利用CH4催化元件将CH4浓度信息转化为温度信息,并映射为FBG反射波长的漂移量.将自制的FBG封装成CH4传感器,并实验获得了FBG反射波长漂移量与环境CH4浓度的曲线.验证了采用传感FBG和参考FBG的斜边检测方案可提高系统检测分辨率和温度稳定性.     

双光路透射法测量浮法玻璃厚度研究

基于光的折射和透射原理,提出了一种测量浮法玻璃厚度的双光路透射法。该方法采用两个对称放置的线结构激光同时照射浮法玻璃,两束透射光经玻璃另一侧对称放置的双反射镜反射后再经透镜成像在图像传感器CCD的光敏单元上,利用Matlab对采集卡获取的线光带图像进行去噪处理,采用自适应边界阈值定位及灰度重心算法提取线光带图像中心像素,进而计算中心像素差,通过分析给出玻璃厚度与中心像素差变化量的关系式。通过对不同厚度的玻璃进行实验测量,结果表明双光路透射法测量精度高,能够满足玻璃厚度测量国家标准。     

单轴晶体双折射率随温度变化的双光路测量

为了研究单轴晶体最大双折射率在某一波长下随温度的变化情况,根据偏振光干涉的理论分析,推导出了单轴晶体最大双折射率随温度变化的解析式.在此基础上,设计、建立了一套双光路对比测试实验系统.利用该实验系统对石英晶体样品进行测试,获得了其实验数据变化曲线,并总结出了在测试波长下,石英晶体最大双折射率随温度变化的数学式.结果表明,单轴晶体在某一波长下的最大双折射率基本上与温度成线性关系;实验过程中,只要精确调整仪器,并注意控制好实验所需温度,其测量结果是可靠的.     

基于红外双光路的薄膜在线测厚系统的研究

红外测厚是薄膜在线测厚的主要方法之一,为了解决传统的红外测厚方法中尚存在的易受光源稳定性的影响、不适用于高速薄膜生产线等缺点,采用双光路参比测量的方法设计了一种双光路红外测厚系统,系统将光源的光分成测量路和参考路两路,并使用单个CCD同时收集两路光作为光强传感器。描述了系统的成像原理,讨论了系统对朗伯定律的适用性,最后通过对聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜的标定实验论证了系统的精度。结果表明,该方法精度高、鲁棒性好,且能够有效避免光源不稳定带来的影响。     

光路检测中的激光调整分析

提出了光路检测的一种激光调整方法。在充分考虑了仪器试剂、液路以及压力对光路的影响的前提下,对激光部分及流式细胞单元部分产生怀疑,再分别检测分析调整之后达到实验要求。文中对检测仪器的原理、检测方法、调整方法等做了详细说明,并成功解决问题。试验结果表明,这种方法原理简单、精度高,可以有效地改善光路检测中存在的问题。     

LED引线键合机中的双光路成像系统

引线键合机是半导体后封装设备中的关键技术产品,LED芯片和引脚的高度差较大,表面反光特性不同,一组镜头和光源很难获得清晰的图像,为了满足图像识别的需要,设计了一种适用于LED全自动引线键合机的双光路成像系统。识别芯片和引脚时通过一个电子切换装置自动切换到不同倍率,并配合光源的变化,大大提高了视觉系统的精确性。     

CH4分子光谱分析在井下瓦斯浓度监测中的研究

根据CH4中C—H键特殊的光谱振动吸收特性,设计了基于特征光谱吸收的CH4浓度光谱分析方法,用于矿井下低浓度CH4的高精度实时监测。在分析CH4分子键所对应的特殊光谱吸收波长的条件下,选择傅里叶变换干涉仪作为干涉工具,结合CCD探测器采集干涉条纹,最终经光谱分析算法得到各波长上光强衰减量度,从而反演CH4气体浓度。利用比尔朗伯定理及浓度程长积公式,可以得到CH4的理论最小探测浓度可达到0．1％,实际受环境等影响会有小幅波动,但不影响0．1％的探测精度,完全满足瓦斯浓度为0～5％的井下实时探测要求。计算实验显示,在采用傅里叶变换光谱分析法探测CH4浓度时,数据显示：在长度为10cm的气室中,对浓度介于0～5％的CH4进行探测时,满足探测精度0．1％的实时探测要求。     

开放光路激光气体检测技术研究

利用可调谐激光光谱技术检测气体浓度时,在气体浓度较高或气体吸收路径较长的情况下,用简单的线性关系逼近朗伯-比尔定律的指数关系,会造成较大的误差,甚至错误的结果.在不改变气体吸收光路长度的前提下,采用分段线性插值和谐波分析的方法,将浓度范围为0～100%的气体,每隔5%划分为一个子区间,在各个子区间内采用不同的比例系数,从而可以很好地逼近理论曲线,并可以消除光强波动等因素的影响,大大提高系统的检测精度.     

基于红外检测的甲烷传感器中光谱吸收理论的研究

分子光谱理论是光谱吸收式光纤气体传感器的理论基础,对于光纤红外法检测有毒气体的浓度具有重要意义。根据朗伯-比尔（Beer-Lambert）理论,首先从甲烷（CH4）气体浓度的定量分析以及分子参数的理论进行研究,再通过分析 CH4气体的吸收线得出其吸收系数α(v)的一般方法。由分析得当气体压强P＜0.02 atm时多普勒展宽占优势,用高斯线型拟合吸收线;当P＞0.l atm时碰撞展宽占优势,用洛仑兹线型拟合吸收线;当0.02 atm＜P＜0.l atm时两种展宽都存在,这时用伏格特线型拟合吸收线,理论上得到很好的结果。     

差分吸收式光纤甲烷气体传感器的研究

根据甲烷气体的吸收光谱 ,研究了用 L ED作光源的差分吸收式光纤甲烷气体传感器。选择两个同型号 L ED光源作为差分吸收信号 ,光源驱动器自动实行交替斩波。建立了气体浓度差分吸收的数学模型 ,给出了甲烷气体浓度的测量结果。实验表明该仪器的测量灵敏度达到 2× 10 - 4。     

基于光纤光栅的差分式甲烷气体传感系统研究

根据甲烷分子的光谱吸收特性,研究设计了一套基于差分吸收技术的光纤传感系统.系统以发光二极管(LED)为光源,折返式吸收池作为气室,利用光纤光栅的窄带滤波特性,用双光路实现了差分吸收检测.分析和实验表明,该系统具有可行性,可用于煤矿、天然气站等领域进行远距离气体含量的实时监测.     

甲烷气体近红外光声光谱及痕量探测技术研究

介绍了一种基于1.653μm分布反馈式(DFB)半导体激光器的共振光声光谱系统.该系统具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点.对光声光谱系统的响应特性进行了实验研究.对光声光谱系统进行振幅调制和波长调制两种方法进行了实验对比研究.并用此系统对室外空气中的甲烷(CH<,4>)进行了测量,探测灵敏度可达100 ppbv.     

分布式光纤裂缝传感器特性研究

通过结构裂缝模拟实验和分析,得到了光纤损耗与裂缝宽度之间可靠、实用的半经验理论计算模型。该模型可以使系统对裂缝宽度的理论计算与实验测量误差小于0.02mm,在重点监测区误差少于0.01mm;在大角度情况下(θ≥45°),存在对实际工程应用非常有利的光损耗饱和效应。提出了两光源组合测量系统,能单处确定裂缝的宽度及走向。讨论了光纤网络的布置方案,在可能的开裂破坏区,将光纤埋设成与主体裂缝斜向相交约60°角,可直接布置成立体网络。     

基于图像处理的光电传感器光路检测与调整方法研究

提出了一种基于图像处理的反射式强度调制型光电传感器光路调整方法.考虑了光源光阑等器件对光路的影响,利用面阵CMOS器件采集传感器出射光斑的图像,并通过图像处理的方法分别计算光斑的几何中心与能量中心,得到偏心误差值,以此为依据调整传感器光路,达到改善光斑光强分布的目的.文中对测量系统、调整方法、光斑参数计算等做了详细说明,并给出了调整前后的光斑图像.试验结果表明,这种方法的测量原理简单、测量精度高,可以有效地改善传感器的光强分布状况.     

基于分布式光纤传感的防热结构损伤识别研究

防隔热结构已大量应用在工程中,其健康状态对结构安全至关重要。为了监测隔热层粘接结构的健康状态,该文提出了一种基于分布式光纤传感器的防热粘接结构的损伤识别和监测方法。利用有限元法对带损伤试件承受弯曲载荷的过程进行了数值模拟,通过模拟的应变结果确定含有脱粘、裂纹两种损伤试件的应变趋势,作为判断结构失效的分类依据。通过对带有脱粘和裂纹缺陷的试件进行实验识别并定位损伤位置,监测试件的健康状况。研究结果表明,根据结构受载状态下的应变趋势可以判断试件是否发生脱粘或裂纹损伤,从而实现对结构的健康状态监测。     

基于光纤光栅温度传感器的导线负载检测系统

在电流回路中,当通过导线的电流过高时,会导致线路高温,严重时可能引起火灾。因此实时监测电流线路的温度,对预防线路过载以及火灾的发生具有重要的意义。在理论分析光纤光栅温度传感机理的基础上,设计了用于导线负载检测的传感系统。在0~5 A范围内,实验研究了光纤光栅温度传感器中心波长变化与导线负载之间的关系,验证了导线负载检测的可行性,为导线负载的实时监测,以及断路、短路故障的判断提供了一种新的方法。     

光谱吸收法光纤甲烷传感器性能的研究

针对单光源光谱吸收法检测甲烷气体体积分数存在很多测量误差现状，本文首先分析了用发光二极管(LED)做光源时驱动电流抖动造成的测量误差，提出了补偿此电流抖动误差以及测量环境背景光干扰误差的双波长测量方法，简述了其测量原理，重点针对双波长方法从理论上推导了其测量误差通用公式，在此基础上分析并数值模拟了温度变化导致的测量误差，给出了减小双波长温度测量误差建议．研究结果对于其他强度调制型光纤传感器具有普遍的适用价值．