西安交通大学电气工程学院，陕西 西安 710049
氢气作为一种可持续、无污染的新型绿色能源，在现代工业中受到了广泛关注。但在存储和使用过程中，氢气容易发生泄漏并引发爆炸，因此对其体积分数进行检测非常重要。为此，提出一种基于钯（Pd）修饰六方氮化硼（hBN）薄膜的新型探针式光纤氢气传感器。讨论hBN薄膜的机械和光学特性，指出其作为Fabry-Perot（F-P）干涉仪反射膜在机械、光学、氢气吸附/脱附速度等领域所具有的显著技术优势；研究hBN表面敷Pd的工艺过程；设计以Pd修饰hBN薄膜为反射膜的光纤F-P腔结构并研究其制备工艺。实验结果表明，所设计的传感器在氢气体积分数为0.02%~0.5%时的检测灵敏度为0.58 pm/10-6，对体积分数为0.1%的氢气的响应时间为60 s，且具有重复性好等特点。该传感器结构紧凑、耐腐蚀，在电力变压器油中氢气检测等方面具有潜在的技术优势。
传感器 氢气体积分数 氮化硼 Fabry-Perot干涉 在线测量 光学学报
2023, 43(22): 2228001
王希群 1,2,3,4吕卓 1,2,3,4王远方舟 1,2,3,4付玉 1,3,4[ ... ]金振宇 1,3,4,*
1 中国科学院云南天文台，昆明 650011
2 中国科学院大学，北京 100049
3 云南省太阳物理与空间目标监测重点实验室，昆明 650011
4 云南省应用天文技术工程实验室，昆明 650011
针对地基大口径太阳望远镜的基于里奥滤光器的太阳窄带观测系统存在的频率漂移问题，提出了在线全视场频率漂移测量方法，并在NVST高分辨太阳光球观测实验系统进行了实测验证。实测表明，对全视场的频率漂移测量误差RMS小于0.1 pm。利用该方法测得的系统频率漂移可用于校正磁像仪的全视场频率漂移，提高太阳大气的磁场和速度场测量精度。
频率漂移 滤光器 太阳磁场测量 同步采集 在线测量 多光谱成像 Wavelength drift Filter Measurement of solar magnetic field Synchronous acquisition Online measurement Multispectral imaging
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源, 上海 201204
3 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 201210
4 中国科学院大学, 北京 100049
基于目前世界上先进光源的硬X射线光谱仪的设计算法,采用圆柱面强弯曲布拉格晶体分光实现高能量分辨。提出了一种新型二次衍射分光光谱仪结构,可在3~25 keV光子能量范围内实现单发脉冲2×10 5的能量分辨率。运用理论分析和数值计算验证了光谱仪的能量分辨性能,并通过机械扫描得到带宽大于1%的重组光谱。该技术可以用于测量上海硬X射线自由电子激光装置(SHINE)硬X射线波段自放大自发辐射光谱中的细锐结构以及用户科学实验中的高分辨光谱的探测和应用,具有重要的研究价值和意义。
光学学报
2022, 42(11): 1134018
中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所, 北京 100029
建立了一套基于光压原理的高功率激光测量装置,其功率测量不确定度优于2%(置信因子k=2)。在0.6~15 kW功率范围内将光压方法与量热方法进行了比较,得到的最大相对偏差小于1%。该装置的功率测量上限仅受限于激光反射镜的损伤阈值,因此其功率测量上限可达100 kW甚至更高,同时还具有响应速度快、测量准确度高、可在线测量等优点。
测量 高功率激光 光压 在线测量 测量不确定度
1 上海理工大学理学院, 上海 200093
2 上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093
3 上海航天动力技术研究所发动机技术发展研究室, 上海 201109
提出了一种基于Fraunhofer衍射理论的燃烧颗粒粒径在线测量方法。根据固体推进剂药条燃烧火焰辐射光谱特性,选取450 nm蓝紫光激光器为光源,采用450 nm滤波探测方式消除固体推进剂燃烧的自发光辐射影响,搭建了固体推进剂药条燃烧颗粒粒径的在线测量系统。并利用10.9 μm标准颗粒、160 μm标准颗粒、及混合标准颗粒系对该系统开展粒径测量验证。燃烧实验的结果表明,固体推进剂药条燃烧颗粒的粒径约为10 μm和160 μm,呈双峰分布特征,数目分布主要集中在160 μm左右,随着药条燃烧时间增加,10 μm附近颗粒数量增多,160 μm附近颗粒数量减少。对于同一燃速下的固体推进剂,初始测量高度越高,燃烧颗粒的粒径越小。在初始测量高度相同时,不同燃速下燃烧颗粒的平均粒径相差不大。这些结果为固体推进剂燃烧过程研究提供了参考。
测量 固体推进剂 铝颗粒 粒径分布 Fraunhofer衍射 在线测量 光学学报
2020, 40(15): 1512003
College of Mechanical and Electronic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037，CHN
为了实现短双折射光纤环镜(Bi?FLM)应变传感器的在线测量，理论推导得出通过任意连续的2个相邻波谷波长、2个相邻波峰波长及其双折射光纤初始长度、初始双折射率和初始双折射应变系数计算双折射光纤所受应变大小的方法。选取典型通讯波长1 550 nm附近的波长，波长分辨率分别为0.01 nm、0.001 nm、0.000 1 nm时，应用提出的计算方法计算应变和误差。结果表明：波长分辨率越小，测量精度越高。波长分辨率为0.000 1 nm时，最大绝对误差为0.39%，最小绝对误差为0.01%，平均绝对误差为0.15%。进一步选取典型通讯波长1 310 nm附近的3组不同波长组合，计算的应变均与给定应变基本吻合。根据干涉光谱波谷波长、波峰波长的相对位置蕴含着应变信息的特点，与初始相角无关，可以剔除外界干扰，提高测量精度。该方法无需人为判断，有助于实现计算机在线测量；需要的信息量较小，可以实现短Bi?FLM传感器的在线测量。研究结果对Bi?FLM各类传感器实现计算机在线测量，提高测量精度具有指导意义。
短双折射光纤环镜 应变传感器 在线测量 干扰 测量精度 short birefringence fiber loop mirror strain sensor on-line measurement noises measurement accuracy
1 南京林业大学 机械电子工程学院, 南京 210037
2 信阳师范学院 物理电子工程学院, 信阳 464000
3 金陵科技学院 智能科学与控制工程学院, 南京 211169
为了实现双折射光纤环镜(Bi-FLM)传感器的在线测量, 采用推导得出的基于波长解调双折射光纤环镜应变传感器在线测量的理论表达式, 选取典型通讯波长1550nm和1310nm附近的2组波长进行了计算, 所得应变均与给定应变基本吻合。结果表明,利用干涉光谱任意连续4个相邻的波谷波长及其双折射光纤初始长度、初始双折射率和初始双折射应变系数便可计算出双折射光纤受应变后的绝对长度, 并以此计算所受应变唯一大小; 根据干涉光谱任意4个相邻波谷波长相对位置蕴含着应变信息的特点, 区分是干扰还是外界传感量导致干涉光谱变化, 以此剔除外界干扰, 提高了测量精度。该研究对Bi-FLM应变、振动等各类传感器实现计算机在线测量, 提高测量精度具有指导意义。
光纤光学 双折射光纤环镜 应变传感器 在线测量 波长解调 波谷波长 fiber optics birefringence fiber loop mirror strain sensor on-line measurements wavelength demodulation wave valley wavelengthr
1 四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065
2 瓮福(集团)有限责任公司 中低品位磷矿及其共伴生资源高效利用国家重点实验室，贵州 贵阳 550000
为解决微波激发等离子体参数诊断存在的困难问题，提出利用二端口传输反射法测量微波激励产生的低温等离子体的等效相对复介电系数。使用有限元方法设计了基于BJ22标准波导的样品测试结构，该 结构能在较大的介电系数范围内，保证介电系数和端口的|S11|,φS11和|S21|参数保持较好的单调性，避免产生多值问题；通过人工神经网络对计算获得的各介电系数对应的S参数进行训练，达到足够的精确度；最后 通过实验，将测量获得的S参数利用神经网络反演获得待测物质的相对复介电系数。该方法对今后测量类似等离子体、复介电系数实部为负的特殊材料的介电常数具有一定的指导意义。
等离子体 相对复介电系数 神经网络 传输反射法 在线测量 plasma relative complex permittivity neural network transmission reflection method on-line measurement 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(2): 273
