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超高速快轴旋转圆形弹光调制技术研究

光子学报 2024年第3期53卷 123-132页

作者：刘燕霖张瑞薛鹏陈媛媛王志斌李孟委中北大学仪器与电子学院山西省光电信息与仪器工程技术研究中心太原030051

针对目前广义椭偏测量速度受限问题,提出利用对称性更优的圆形弹光调制器代替机械旋转补偿器实现超高速测量。对弹光调制器内部受力进行理论研究,得到纯行波模式调制条件并利用COMSOL仿真验证。仿真结果表明,当弹光调制器处于纯行波调... 详细信息

针对目前广义椭偏测量速度受限问题,提出利用对称性更优的圆形弹光调制器代替机械旋转补偿器实现超高速测量。对弹光调制器内部受力进行理论研究,得到纯行波模式调制条件并利用COMSOL仿真验证。仿真结果表明,当弹光调制器处于纯行波调制模式时可视为一种快轴方向高速旋转的相位调制器。通过建立阻尼弦振动模型分析不同快轴方向下弹光晶体表面振动位移分布,提出一种弹光调制器在纯行波调制模式下的中心支撑方式用于实验。实验结果表明弹光调制器的快轴以f/2的角速率做圆周运动。同时验证了中心支撑方式可确保弹光调制器谐振后所受阻力均匀且最小,达到最佳支撑效果。研究结果可用于后续广义椭偏测量及各类高速偏振调制领域。

关键词：超高速椭偏测量纯行波调制模式阻尼弦振动模型圆形弹光调制器

基于Al_(2)O_(3)陶瓷的Pt/PtRh型厚膜热电偶封装测试

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传感器与微系统 2024年第1期43卷 128-130,134页

作者：赵楠刘涛谢浩董和磊谭秋林中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051 中北大学微米纳米技术研究中心山西太原030051

设计了一种基于氧化铝(Al_(2)O_(3))柱体的Pt/PtRh型厚膜热电偶。采用丝网印刷工艺完成传感器功能层的制备,这种方法工艺简单、可操作性强、成本低廉。对所制备的厚膜热电偶进行封装设计并进行测试。实验结果表明:带封装热电偶的迟滞大... 详细信息

设计了一种基于氧化铝(Al_(2)O_(3))柱体的Pt/PtRh型厚膜热电偶。采用丝网印刷工艺完成传感器功能层的制备,这种方法工艺简单、可操作性强、成本低廉。对所制备的厚膜热电偶进行封装设计并进行测试。实验结果表明:带封装热电偶的迟滞大小为4.10%,小于无封装的7.65%,而且带封装热电偶在高温阶段与标准热电偶极其吻合,其平均塞贝克系数更接近于标准热电偶。实验结果均表明封装设计有利于膜状热电偶测试的准确性,达到了工程化需要。

关键词： Pt/PtRh型热电偶厚膜丝网印刷封装

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应用双弹光级联差频调制的红外材料应力缺陷检测

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红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 126-133页

作者：李克武王爽李孟委王志斌中北大学电气与控制工程学院山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051

为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测,采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联,构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数,被加载到偏振测量系统调制信号中;利用数字锁相技术同时获取调制信号的... 详细信息

为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测,采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联,构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数,被加载到偏振测量系统调制信号中;利用数字锁相技术同时获取调制信号的基频项和差频项幅值,然后完成两个应力参数求解。详细分析了检测原理,并搭建了实验系统进行验证。实验结果表明,该检测方法及实验系统实现了应力方向角标准偏差为0.31°,应力双折射延迟量标准偏差为0.72 nm,高速、高精度和高重复度的应力缺陷检测,并且实现了Ge样品的应力缺陷方向和值大小分布测量,可为红外材料质量测试分析和评估提供有效手段。

关键词：应力缺陷弹光调制快轴方位角延迟量

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带偏向性轮盘赌的多算子协同粒子群优化算法

控制与决策 2024年第4期39卷 1167-1176页

作者：于海波朱秦娜康丽乔钢柱曾建潮中北大学计算机科学与技术学院太原030051 中北大学大数据与视觉计算研究所太原030051 中北大学环境与安全工程学院太原030051

针对粒子群优化算法在处理高维、大规模、多变量耦合、多模态、多极值属性优化问题时易早熟收敛等性能和技术瓶颈,基于粒子群优化算法行为学习算子和3种不同学习偏好的差分变异算子,建立带偏向性轮盘赌的多算子选择与融合机制,提出一种... 详细信息

针对粒子群优化算法在处理高维、大规模、多变量耦合、多模态、多极值属性优化问题时易早熟收敛等性能和技术瓶颈,基于粒子群优化算法行为学习算子和3种不同学习偏好的差分变异算子,建立带偏向性轮盘赌的多算子选择与融合机制,提出一种带偏向性轮盘赌的多算子协同粒子群优化算法***针对迭代粒子群榜样粒子集,首先通过对迭代种群及其榜样粒子集优劣分组,同时采用轮盘赌分别为每组榜样粒子集选配不同学习偏好的变异算子,并为每组榜样粒子适配差分基向量和最优基向量,预学习并优化迭代种群及其榜样粒子,以权衡算法的全局探索和局部开发;然后通过合并所有子种群,并结合粒子群优化算法行为学习算子,指导迭代种群状态更新,以提高算法的全局收敛性;最后结合精英学习策略,对群体历史最优进行高斯扰动,以提高算法的局部逃生能力,保障算法收敛的多样性.实验结果表明,MOCPSO算法与5种先进的同类型群智能算法在求解CEC2014基准测试问题上具备竞争力,且有更强的优化特性.

关键词：粒子群优化差分演化多算子协同榜样竞争偏向性变异策略精英学习

BF·EtO促进的环丙烯基甲醇衍生物重排反应研究

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有机化学 2024年

作者：荀苗苗郭晶晶马文兵李宇强袁长春傅凯中北大学化学与化工学院中北大学德州产业技术研究院

亚乙烯基-丁烯酸内酯和苯并富烯结构单元在活性天然产物和药物化学中都具有重要的意义.环丙烯基甲醇衍生物在BF3·Et2O的促进下，脱除羟基后诱导环丙烯C–C断键反应的发生，并形成联烯碳正离子中间体，最后经不同的异构重排路径可以“... 详细信息

亚乙烯基-丁烯酸内酯和苯并富烯结构单元在活性天然产物和药物化学中都具有重要的意义.环丙烯基甲醇衍生物在BF3·Et2O的促进下，脱除羟基后诱导环丙烯C–C断键反应的发生，并形成联烯碳正离子中间体，最后经不同的异构重排路径可以“一锅”实现γ-亚乙烯基-丁烯酸内酯和苯并富烯两类化合物的构建.该合成方法拓展了两类化合物的合成策略，二者的总收率可达68%–99%，探究还发现电子效应和反应温度对二者的比例有着较大影响.此外，该反应为环丙烯结构的精准C–C键断裂提供了新方法.

关键词：环丙烯 BF ·Et O γ-亚乙烯基-丁烯酸内酯苯并富烯碳-碳键断裂

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电致变色型智能可视化湿度系统

无机材料学报 2024年第4期39卷 432-440,I0013,I0014页

作者：甄明硕刘晓然范向前张文平严东东刘磊李晨中北大学动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学能源与动力工程学院太原030051

近年来,湿度传感器在食品安全、土壤监测等领域的应用引起了广泛关注。传统湿度传感器具有稳定性好、灵敏度高等优点,但大部分湿度传感系统通常采用有线连接和外接庞大设备来将湿度信号转换为可识别的波形,无法对湿度信息的变化进行实... 详细信息

近年来,湿度传感器在食品安全、土壤监测等领域的应用引起了广泛关注。传统湿度传感器具有稳定性好、灵敏度高等优点,但大部分湿度传感系统通常采用有线连接和外接庞大设备来将湿度信号转换为可识别的波形,无法对湿度信息的变化进行实时的可视化监测。将湿度信息直接转换为肉眼可观测的颜色信号为上述问题提供了一种理想解决方案。本研究将湿度传感器与电致变色器件集成一体来制备智能可视化湿度指示系统,通过将湿度信号转换为电压信号来驱动电致变色器件(Electrochromic devices,ECDs),从而实现系统稳定可逆的颜色变化。采用三氧化钨(WO3)作为负极、锌箔(Zn)作为正极制备的ECDs会根据湿度传感器的输出电压的变化来转变不同的工作状态,从而产生肉眼可观测的颜色信号。采用紫外-可见分光光度计与电化学工作站对ECDs的电化学性能以及电致变色性能进行研究和表征。随后,通过示波器和湿度发生平台对调理电路性能进行分析。结果表明:智能电致变色型湿度指示器具有良好的稳定性和快速的响应性能,其中,着色时间与褪色时间仅为7.5和4.5 s,并且在300个循环后,光学调制幅度(ΔT)与初始值相比基本保持不变(保持率可达95%以上)。因此,这种设计新颖、结构简单的可视化湿度系统在人工智能、智能农业等领域具有广阔的应用前景。

关键词：电致变色器件湿度传感器可视化监测人工智能

一种基于S型电磁超材料的高温温度传感器设计

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传感技术学报 2024年第3期37卷 389-395页

作者：张春丽吴倩楠翟荣锭刘雁飞李孟委中北大学半导体与物理学院山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051 中北大学微系统集成研究中心山西太原030051 中北大学仪器与智能未来技术学院山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051

针对目前超材料温度传感器存在的量程小且灵敏度较低的问题,设计了一种碳氮化硅基的S型超材料的高温传感器。通过CST电磁仿真软件对超材料温度传感器进行模拟仿真,在其他结构参数一定的情况下,对金属条的长度、宽度、厚度、条间隙及基... 详细信息

针对目前超材料温度传感器存在的量程小且灵敏度较低的问题,设计了一种碳氮化硅基的S型超材料的高温传感器。通过CST电磁仿真软件对超材料温度传感器进行模拟仿真,在其他结构参数一定的情况下,对金属条的长度、宽度、厚度、条间隙及基板厚度等参数进行了设计与优化,确定了传感器结构的最佳尺寸,同时分析了传感器的谐振频率对温度的影响。结果表明,在28℃~1000℃下平均灵敏度可达5.674 MHz/℃。与之前报道的高温传感器相比,灵敏度提高了5倍,这种高灵敏度温度传感器可为航空发动机、武器装备等系统中的高温测试提供一种技术手段。

关键词：温度传感器电磁超材料碳氮化硅 S型高温传感器高灵敏度

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基于双弹光调制的激光波长测量方法

光学技术 2024年第2期50卷 182-187页

作者：张喆王志斌李克武王爽李晋华中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051

波长作为激光器的重要参数,在军事应用和医疗应用中需要对波长进行测量,传统的波长测量装置不仅造价昂贵,操作也很繁琐。提出了一种基于双弹光调制技术的波长测量方法,实现对波长的快速测量,每200ms可实现一个数据点的测量。待测激光通... 详细信息

波长作为激光器的重要参数,在军事应用和医疗应用中需要对波长进行测量,传统的波长测量装置不仅造价昂贵,操作也很繁琐。提出了一种基于双弹光调制技术的波长测量方法,实现对波长的快速测量,每200ms可实现一个数据点的测量。待测激光通过弹光调制器和已标定光程差的λ/4标准波片,将激光波长信息通过弹光调制的方法加载到光载波信号当中,对光信号进行解析可以得到激光通过标准波片时的相位延迟量,进一步可以求解得到对应激光器的波长信息。实验结果表明测试所得632.8nm激光器波长的相对误差为0.1%,标准差为0.11nm,准确度为99.9%,且对532nm和650nm波长的激光器测量也较为准确,说明该方法的普适性。

关键词：应用光学弹光调制波长双折射相位延迟量

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弹光调制器动态参数测量与高效驱动匹配研究

应用光学 2024年第2期45卷 415-421页

作者：刘坤李克武王爽王志斌张易琨中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051

为了提高弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)的驱动效率,提出了一种基于PEM动态参数测量的阻抗匹配参数计算方法。理论分析了PEM调制幅度与驱动电压大小的关系,建立了PEM及其谐振匹配网络的等效电路模型,在此基础上推导了PEM谐振... 详细信息

为了提高弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)的驱动效率,提出了一种基于PEM动态参数测量的阻抗匹配参数计算方法。理论分析了PEM调制幅度与驱动电压大小的关系,建立了PEM及其谐振匹配网络的等效电路模型,在此基础上推导了PEM谐振驱动电压与各个参数的关系,并设计了针对PEM动态测试的测量系统与验证方法。对谐振频率为44.822 kHz的PEM进行各项特性曲线的理论仿真与试验比较,验证了动态测量系统的可靠性,并通过数值仿真得到PEM最优匹配参数。在最优匹配参数附近选取不同匹配参数,测量实际谐振驱动电压,测量结果与仿真曲线相关性达0.996 4,变化趋势在10μF前基本吻合,且在理论最优匹配参数下,实际谐振驱动电压峰值达510 V,优于其他驱动匹配方法,接近理论最大值,相对误差小于1.16%。通过PEM等效动态参数推算的最优匹配参数,可使PEM达到最大驱动效率。

关键词：弹光调制器驱动效率动态参数阻抗匹配