哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
变压器绝缘油以链烷烃(CnH2n+2)为主要化学成分, 在变压器长期运行过程中因电弧、 放电、 过热、 受潮等原因导致化学键逐步发生断裂, 产生与故障有关的故障判别气体(CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO和CO2), 因此变压器绝缘油中会溶解多组分气体, 故需要一种多组分气体的在线检测装置, 以保证变压器的正常运行。 针对电力行业装配需求, 研制基于可调谐激光吸收光谱法(TDLAS)多组分气体的在线检测装置。 针对6种故障特征气体的近红外吸收波段, 分别选取1 580, 1 654, 1 626和1 530 nm四个近红外激光器, 使用分时扫描的时分多路技术, 实现对多组分气体的分时快速顺序检测并采用波长调制技术, 消除背景气体的交叉干扰。 主要检测气体为绝缘油化学键断裂所产生的烃类化合物(CH4, C2H2, C2H4和C2H6)和碳氧化合物(CO和CO2)。 在线检测, 与变压器油气象色谱测量方法进行对比实验, 并对其进行工况稳定性测试。 实验结果表明: 乙炔浓度测量范围为0.5~1 000 μL·L-1, 范围小于5 μL·L-1时最大测量误差小于0.8, 5~1 000 μL·L-1时最大误差在6 μL·L-1以下; 甲烷、 乙烷、 乙烯的浓度测量范围为0.5~1 000 μL·L-1, 最大测量误差小于6 μL·L-1; 碳氧化合物(CO和CO2)测量范围分别为25~5 000, 25~15 000 μL·L-1, 最大测量误差分别在2与20 μL·L-1以下。 所设计的近红外TDLAS多组分气体检测装置能够用于变压器油中溶解气体的在线检测, 测量的气体浓度满足在线检测要求, 能够稳定运行且适应恶劣工况条件, 为检测变压器油中溶解气体在线测量提供了有效的实践经验。
近红外光谱 故障气体检测 多组分气体检测 TDLAS Near infrared spectroscopy Fault gases detection Multi-component gas detection TDLAS 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3712
1 重庆师范大学物理与电子工程学院, 重庆市光电功能材料重点实验室, 重庆 401331
2 重庆师范大学光学工程重点实验室, 重庆 400047
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法计算了金红石TiO2(110)纯净表面以及掺杂N、掺杂Rh和N/Rh共掺表面吸附CO分子后的光学气敏传感特性。研究发现:纯净和掺杂表面吸附CO分子后均表现出光学气敏传感特性,其原因是表面氧空位的氧化作用;而N/Rh共掺杂对表面氧化性改善得最多,吸附CO分子后吸附距离最小,吸附能最大,稳定性最好,且易于实现。因此,相比于纯净及单掺杂体系,N/Rh共掺杂表面对气体有更好的光学气敏传感效应,是一种改进TiO2光学气敏传感材料的良好方式。
材料 第一性原理 金红石相 CO气体 光学气敏传感 中国激光
2019, 46(11): 1103003
哈尔滨工程大学纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
由于具有较高的可见波段荧光效率, 基于稀土掺杂氧化物的红外激光诱导热辐射具有重大的应用潜力。 进一步提高红外诱导热辐射效率具有重大的实用价值。 设计了一种改善稀土掺杂氧化物材料中红外诱导热辐射效率的方案, 即通过掺杂改性杂质, 既可以改变稀土离子周围局域晶场的对称性; 同时又引入了晶格缺陷。 对应的效果包括: 一方面, 可以通过增强稀土离子周围的晶场强度来提高稀土元素对于入射光子的吸收能力; 另一方面, 可以利用晶格缺陷作为猝灭中心来增加材料的热转化能力, 最终将显著提高杂质改性材料的光热转化效率, 即获得更加高效的红外诱导热辐射材料。 为了验证设计方案的可行性, 利用溶胶-凝胶方法合成了不同浓度的镱离子和锂离子的共掺杂样品, 通过XRD及TEM测试分析了杂质对样品结构的影响, 并且基于荧光发射光谱具体研究了杂质掺杂浓度对热辐射效率的影响。 该工作为高效稀土掺杂热辐射材料的制备提供一定的参考。
杂质 锂离子 热辐射 氧化锆 上转换 效率 Impurities Li ions Thermal radiation ZrO2 Up conversion Efficiency 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2725
1 安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
大气过氧自由基(RO2)是大气化学过程中的关键中间体自由基,在对流层光化学反应中占有重要地位,因此,对相关测量技术的研究具有极其重要的意义。 化学放大法是RO2测量中最常用的方法之一,是一种间接测量方法,通过在反应系统中加入过量的CO、NO气体,将低浓度、不易测量的过氧自由基 通过链式反应转化为高浓度、易测量的NO2进行测量, NO2测量的准确性对化学放大法很重要。对化学放大法进行了总结,并着重分析了 其中用于NO2测量的方法,分析了现有方法的优点与不足,并对未来的发展作了展望。
过氧自由基 化学放大法 NO2测量技术 peroxy radical chemical amplification NO2 measurement 大气与环境光学学报
2017, 12(4): 241
针对以往散热管道散热效率不高的情况, 利用Solidworks建立散热管道的三维模型, 并在模型外施加实际试验条件下设定的边界条件, 再通过ANSYS的热流耦合模块对管道模型进行有限元分析, 得出在特定散热管道尺寸条件下的散热器出口温度。调整管道尺寸, 得到新的出口温度。通过多次调整管道尺寸, 得到出口温度的数据组。最后根据分析所得的数据组, 采用对分法调整管道尺寸, 实现了散热管道尺寸优化的预期目标, 为今后类似尺寸的优化设计提供了参考。
散热管道 尺寸优化 有限元分析 ANSYS ANSYS heat dissipation pipe size optimization finite element analysis
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
研究了棱镜色散型光谱仪的特点及分光原理，提出一种新型的小入射角棱镜分光光谱仪的设计方法。该光谱仪采用了全反射光路，不需要加入校正透镜，避免因色差引起的像差，成像质量好，可以有效地校正光谱弯曲。给出了成像光谱仪系统设计实例，运用光学设计软件Zemax对成像光谱仪光学系统的成像质量进行了分析。结果表明，光学系统在各个谱段的光学传递函数均接近衍射极限，光谱弯曲很小，完全满足设计指标要求。
光学设计 棱镜光谱仪 小入射角
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京100049
低畸变大像场望远镜是实现宽波段高光谱成像系统图像数据高精度配准融合的关键。基于解析法和矢量波像差理论，分析离轴三反光学系统的畸变，提出了一种消畸变的离轴三反系统的设计方法通过解析法计算参数，建立同轴三反初始结构，再将初始结构做离轴处理，根据矢量波像差理论作定性分析与调整。给出了离轴三反系统的光学设计实例，系统焦距为1000 mm，穿轨方向视场角为5.6°，沿轨方向视场角为1°，F数为5，通过Zemax软件测得畸变仅为0.0628%。该方法可用于设计航天大视场高分辨率成像光谱系统的望远镜部分，也可应用于各种要求低畸变的场合。
光学设计 成像光谱仪 望远系统 离轴三反系统 畸变
