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基于自发瑞利-布里渊散射的氮气体黏滞系数的测量

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物理学报 2018年第7期67卷 262-269页

作者：吴涛商景诚何兴道杨传音南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室南昌330063

体黏滞系数是从微观角度认识气体分子黏滞性的重要参数,传统的兆赫兹声频范围的声波吸收方法无法直接应用于声波弛豫效应在千兆赫兹范围的高频领域,而瑞利-布里渊散射则能实现对声波弛豫效应在千兆赫兹的气体体黏滞系数的测量.本文测量... 详细信息

体黏滞系数是从微观角度认识气体分子黏滞性的重要参数,传统的兆赫兹声频范围的声波吸收方法无法直接应用于声波弛豫效应在千兆赫兹范围的高频领域,而瑞利-布里渊散射则能实现对声波弛豫效应在千兆赫兹的气体体黏滞系数的测量.本文测量了532 nm激光激发的常温下压强分别为1-9 bar的氮气的自发瑞利-布里渊散射光谱,利用已知温度和压强的理论模型对测量光谱进行了比较,获得了准确的散射角.利用该散射角并结合χ~2值最小原理反演得到不同压强(4—9 bar)下氮气的平均体黏滞系数为(1.46±0.14)×10^(-5)kg·m^(-1)·s^(-1),该结果与文献中利用自发瑞利-布里渊散射获得的结果和理论计算结果相近,但与相干瑞利-布里渊散射的测量结果相差明显.利用该平均体黏滞系数对氮气在不同压强下的温度进行了反演,得到各压强下的温度与实际温度的绝对误差小于2.50 K,反演温度的平均值与实际温度误差小于0.15 K,该结果证明了实验测量得到的氮气的体黏滞系数具有较高的准确性,同时也说明利用瑞利-布里渊散射反演气体参数具有较高的准确性和可靠性.

关键词：布里渊散射 Tenti S6模型体黏滞系数温度反演

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基于D型光纤探针的高灵敏折射率传感器

传感技术学报 2019年第7期32卷 986-990页

作者：梁红勤刘彬刘娟张平胡金凤廖云程蔡旭辉南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室

提出并实现了一种表面粗糙D形光纤探针结构的消逝场传感器,通过自主搭建简易的光纤侧面抛磨装置,得到表面粗糙的D型光纤,将其一端镀上银膜作为反射镜面,得到D型光纤探针。对D型光纤探针进行传输损耗的折射率传感特性检测,发现当被测溶... 详细信息

提出并实现了一种表面粗糙D形光纤探针结构的消逝场传感器,通过自主搭建简易的光纤侧面抛磨装置,得到表面粗糙的D型光纤,将其一端镀上银膜作为反射镜面,得到D型光纤探针。对D型光纤探针进行传输损耗的折射率传感特性检测,发现当被测溶液折射率变化时,会因消逝场与被测溶液之间作用的不同而引起能量吸收的不同,进而使接收到的光功率发生显著的变化。实验测得传感器折射率灵敏度为64.93 dB/RIU,线性相关系数高达99.53%,检测精度可达0.000 06。该传感结构在医疗检测、生物化学和环境监测等领域都有着广泛的应用。

关键词：光纤传感器 D型光纤探针侧面抛磨消逝场

气体自发瑞利-布里渊散射的理论分析及压强反演

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物理学报 2018年第3期67卷 193-200页

作者：商景诚吴涛何兴道杨传音南昌航空大学测试与光电工程学院江西省光电检测技术工程实验室无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室南昌330063

气体压力是描述体系状态的重要参数,许多物理、化学性质都与压力有关.传统侵入式的压力测量方法会对气体状态产生干扰,影响测量精度,因此需要一种无扰式的测量方法.本实验测量了压强为2,4和6 atm(1 atm=1.01325×10~5 Pa)下加入气溶胶... 详细信息

气体压力是描述体系状态的重要参数,许多物理、化学性质都与压力有关.传统侵入式的压力测量方法会对气体状态产生干扰,影响测量精度,因此需要一种无扰式的测量方法.本实验测量了压强为2,4和6 atm(1 atm=1.01325×10~5 Pa)下加入气溶胶的N2在90?散射方向的自发瑞利-布里渊散射光谱,利用卷积后的Tenti S6模型对测量光谱进行直接拟合,拟合得到的压强值总体误差小于6.0%,求和归一化的均方根误差总体小于6.5%;利用理想的Tenti S6模型对经维纳滤波器反卷积处理后的测量光谱进行拟合,拟合得到的压强值误差总体小于5.0%,求和归一化的均方根误差总体小于6.0%.通过对两种方法的详细对比,发现压强低于2 atm时,对测量光谱进行反卷积处理在一定程度上可以消除仪器函数的影响,提高测量光谱的准确性,其光谱拟合效果和压强反演精度要优于卷积光谱.而在压强高于2 atm的情况下,卷积光谱的拟合效果和压强反演精度要优于反卷积光谱.

关键词：瑞利散射布里渊散射反卷积压强反演

打破光子晶体非线性Fano腔结构对称性实现单向传输

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光学学报 2017年第3期37卷 314-319页

作者：胡金凤刘彬梁红勤刘娟南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室江西南昌330063 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室江西南昌330063

设计了一种基于二维光子晶体波导旁侧Fano微腔的全光二极管结构,实现光的单向传输。其关键技术是在光子晶体波导中采用简单反射层打破Fano微腔结构上的空间对称性,使得反射层两侧波导与微腔耦合效率不对称。两侧波导入射光激发微腔非线... 详细信息

设计了一种基于二维光子晶体波导旁侧Fano微腔的全光二极管结构,实现光的单向传输。其关键技术是在光子晶体波导中采用简单反射层打破Fano微腔结构上的空间对称性,使得反射层两侧波导与微腔耦合效率不对称。两侧波导入射光激发微腔非线性克尔材料所需的光强阈值不同,从而实现单向导通功能。通过有限时域差分(FDTD)方法对其传输特性和性能进行了数值仿真和分析,研究发现:该结构在较低的光强阈值下可以实现正向导通、反向截止的全光二极管效果;该结构具有超快的响应时间,达到皮秒量级;该结构具有较高的最大透射率(达到90%)和较高的正反透射比。基于光子晶体结构的设计使得该器件可以具有很好的工作波长可调特性,并易于在目前半导体工艺基础上进行制作以及与其他器件集成。

关键词：光学器件光子晶体 Fano腔单向传输全光二极管

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基于波长调制的离轴积分腔输出光谱技术

光学学报 2017年第8期37卷 382-391页

作者：吴涛徐冬何兴道赖荣程涛南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室江西南昌330063 南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室江西南昌330063

介绍了基于波长调制的离轴积分腔输出光谱(WM-OA-ICOS)技术的实验装置。使用1.392μm的分布反馈式(DFB)激光器作为光源,以反射率为99.8%、相距60cm的两片镜片组成的谐振腔为气体吸收池,选择7185.87cm^(-1)的CH_4吸收谱线,对不同浓度的C... 详细信息

介绍了基于波长调制的离轴积分腔输出光谱(WM-OA-ICOS)技术的实验装置。使用1.392μm的分布反馈式(DFB)激光器作为光源,以反射率为99.8%、相距60cm的两片镜片组成的谐振腔为气体吸收池,选择7185.87cm^(-1)的CH_4吸收谱线,对不同浓度的CH_4气体进行探测。通过优化压力、调制频率、相位和振幅等参数,并结合Allan方差,得出系统的稳定时间为203s。实验选取100s的测量时间,得出CH_4气体的探测极限为8.7×10^(-7),相应的最小的可探测吸收为2.2×10^(-6) Hz^(-1/2)。相对于离轴积分腔输出光谱技术,WM-OA-ICOS技术的灵敏度约提高了21倍。采用二次谐波峰值高度(2f)以及二次谐波峰值高度与一次谐波中值之比(2f/1f)两种方法测量CH_4气体浓度,结果发现,2f/1f方法的稳定性更好,线性度更高。

关键词：光谱学激光吸收光谱波长调制光谱技术离轴积分腔输出光谱二次谐波二次谐波与一次谐波之比

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不同拉伸速率下钢材损伤的声发射监测评价

振动与冲击 2017年第7期36卷 219-225页

作者：龙小江李秋锋何才厚吴琼陈果卢超南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室南昌330063 江西省特种设备检验检测研究院鹰潭分院江西鹰潭335000

钢材已成为生产的基本材料,被广泛应用于各行业,目前还没有对其进行损伤动态监测的有效方法。采用声发射技术对钢材Q235在不同的拉伸速率下进行损伤动态监测试验研究,首先通过试验获取了不同拉伸速率时材料的弹性、屈服、强化、颈缩和... 详细信息

钢材已成为生产的基本材料,被广泛应用于各行业,目前还没有对其进行损伤动态监测的有效方法。采用声发射技术对钢材Q235在不同的拉伸速率下进行损伤动态监测试验研究,首先通过试验获取了不同拉伸速率时材料的弹性、屈服、强化、颈缩和断裂各个力学行为阶段声发射信号并提取各个特征参数;然后通过各个特征参数累积量历程图归一化曲线对钢材拉伸损伤过程进行评价,发现特征参数累积量历程图归一化曲线可以明显反映出钢材拉伸整体演变过程及各个力学行为阶段特征,并且随着拉伸速率的减小,在屈服阶段的结束端点出现更为明显的突增量,可作为表征屈服阶段和强化阶段的重要转折点。结合拉伸力学,对各个力学行为阶段声发射信号的产生机制和特征进行总结,可为钢材后期声发射信号源的产生机制以及后期损伤定量、寿命预测的研究提供参考了依据。

关键词：声发射检测钢材动态监测拉伸速率损伤评价

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基于FPGA的分布式拉曼光纤传感系统

激光与光电子学进展 2021年第5期58卷 133-142页

作者：刘恒喻俊松万生鹏董德壮熊新中尹玺肖登南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室江西南昌330063 南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室江西南昌330063

提出了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的分布式拉曼光纤传感系统,实现了信号的采集、传输、处理。为了提高系统的信噪比(SNR),提出了基于FPGA的累加迭代平均滤波算法和非线性小波变换阈值去噪法。首先对放大之后的斯托克斯光和反斯托... 详细信息

提出了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的分布式拉曼光纤传感系统,实现了信号的采集、传输、处理。为了提高系统的信噪比(SNR),提出了基于FPGA的累加迭代平均滤波算法和非线性小波变换阈值去噪法。首先对放大之后的斯托克斯光和反斯托克斯光信号进行累加迭代,然后再平均,经过8000次累加迭代平均之后,系统信噪比提高了36.748 dB。之后解调出温度,对温度信息再进行非线性小波变换阈值去噪,最后经过加温实验验证,系统的测温精度为±1.5℃左右。

关键词：光纤光学拉曼现场可编程门阵列累加迭代平均非线性小波变换阈值去噪

基于法布里-珀罗微腔结构的光纤声传感系统研究

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激光与光电子学进展 2021年第3期58卷 172-178页

作者：尹玺万生鹏熊新中董德壮刘恒肖登雷盈南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室江西南昌330063 南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室江西南昌330063

对基于法布里-珀罗(F-P)微腔结构的光纤声传感系统进行研究。传感头由具有高熔点、低热膨胀系数的氧化锆(ZrO 2)管贴合氧化石墨烯(GO)薄膜制作而成。测试结果显示,F-P微腔的腔长为92.943μm,反射谱的干涉对比度达25 dB。对传感头的声音... 详细信息

对基于法布里-珀罗(F-P)微腔结构的光纤声传感系统进行研究。传感头由具有高熔点、低热膨胀系数的氧化锆(ZrO 2)管贴合氧化石墨烯(GO)薄膜制作而成。测试结果显示,F-P微腔的腔长为92.943μm,反射谱的干涉对比度达25 dB。对传感头的声音传感性能进行测试,结合多帧比较法,实现了语音前导无话帧的自动识别。运用基于小波包变换的维纳滤波方法对采集到的信号进行去噪,相比单纯运用维纳滤波的方法,信噪比提高了1.5 dB,从而提高了语音质量。整个系统结构简单、成本低、实用性高,应用场景广泛。

关键词：测量光纤声传感法布里-珀罗氧化锆氧化石墨烯小波包变换维纳滤波

基于1392nm高灵敏度积分腔的痕量水汽测量

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激光与光电子学进展 2017年第6期54卷 306-315页

作者：徐冬吴涛何兴道房辉南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室江西南昌330063 南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室江西南昌330063

介绍了基于分布式反馈(DFB)激光器作为光源的离轴积分腔吸收光谱装置,并将其应用于高纯氮气(N_2)以及标准甲烷(CH_4)中水汽含量的测量。将中心波长为1392nm的出射光,通过准直器耦合到长度为60cm,由两片高反射率镜片组成的谐振腔内,透过... 详细信息

介绍了基于分布式反馈(DFB)激光器作为光源的离轴积分腔吸收光谱装置,并将其应用于高纯氮气(N_2)以及标准甲烷(CH_4)中水汽含量的测量。将中心波长为1392nm的出射光,通过准直器耦合到长度为60cm,由两片高反射率镜片组成的谐振腔内,透过腔的信号经过聚焦后由光电探测器接收。利用CH_4标准气体在不同压强下对腔镜的反射率进行校准。当腔内的压强为1.599kPa时,镜片的反射率可达到0.99843±0.00003。选取H2O在7189.344cm^(-1)和7185.597cm^(-1)处的谱线分别对N_2和CH_4中的水汽进行测量。在200s采集时间内,最佳噪声等效吸收系数分别为1.65×10^(-8) cm^(-1)和3.75×10^(-8)cm^(-1),对应的体积分数探测极限分别为2.28×10^(-6)和4×10^(-6)。采用本波段最强的吸收谱线(7181.155cm^(-1)),探测极限可以分别提高24倍和19倍左右,达到95×10^(-9)和210×10^(-9)。若采用反射率更高的镜片,结合最强的吸收谱线,则该系统水汽体积分数的探测极限可以达到10^(-12)量级。

关键词：光谱学痕量检测吸收光谱离轴积分吸收水分含量