基于量子级联激光器的红外光谱技术评述

量子级联激光器是一种新型的红外相干光源。利用量子理论与带隙工程,量子级联激光器可实现3μm到100μm波长范围内的任意输出波长。由于大多数气体分子的特征光谱都集中在中红外波段,而中红外量子级联激光器具有功率高、线宽窄、扫描速度快等独特的优点,因此,基于量子级联激光器的红外光谱技术已成为气体检测技术的研究热点。尤其是,近年来室温激光器性能得到不断的完善,输出功率和电光转换效率得到了极大的提高,这在很大程度上推动了红外激光光谱技术的迅速发展。本文根据工作原理,分别介绍了基于直接吸收谱检测、相位调制光谱检测、光声调制光谱检测和法拉第旋光效应光谱检测的量子级联激光器红外光谱检测技术,并对其实现方法和应用情况进行了介绍。

微型振动式发电机振子系统的理论计算及仿真

建立了微型振动式发电机的核心部件振子的结构模型。利用有限元的方法对振子进行了动力学分析及计算 ,并应用ANSYS有限元分析软件 ,对振子进行了计算机模拟分析 ,得出了敏感元的厚度、宽度对振子固有频率及最大变形量的影响。设计出了优化的振子系统结构。

基于微液滴介质和差分电容器的静电式微型振动发电机

针对现有悬臂梁式微型振动发电机存在低频响应不敏感,抗冲击能力差等问题,提出了一种利用微液滴介质拾振实现差分电容器变化及电荷转移的静电式微型振动发电机新结构。根据驻极体模型,推导出了差分电容器极板的电荷分布公式;结合微液滴作受迫正弦振动假设,建立了静电式微型振动发电机的数学模型。采用COMSOL Multiphysics软件对微液滴运动及电容器极板电荷分布进行了仿真,得到了发电机的输出电压幅频特性。制作出了以汞为介质的静电式微型振动发电机样机,进行了样机的性能测试。实验结果表明:该静电式微型振动发电机共振频率为3Hz,在加速度为3 g、振动激励频率为3Hz,负载为1MΩ时,测得样机输出电压峰-峰值为1.21V,输出功率为0.73μW,实现了环境中低频振动能量的获取与转换。

基于紫外光谱分析的水质监测技术研究进展

基于紫外光谱分析的水质监测技术具有实时在线、无试剂、无需样品预处理、无二次污染、体积小、成本低等特点,在对饮用水、地表水、工业废水等水体的在线监测中具有显著优势,已成为现代水质监测技术的一个重要发展方向。本文介绍了基于紫外光谱分析的现代水质监测技术的原理、特点、现状及发展的新趋势,并提出亟待解决的关键技术问题。

振动式压电发电机及其在无线传感器网络中的应用

为了预测基于悬臂梁结构的振动式压电发电机的固有频率、输出电压和输出功率等关键参数,通过理论分析得到了悬臂梁式压电发电机的理论模型,该模型比Roundy模型与试验结果更加吻合。针对故障诊断无线传感节点瞬时功率大、平均功率小的特点,设计了基于多振子的功率调节电路,当主回路超级电容器储存的电能可以使无线传感节点正常工作时,将主回路打开,开始进行测量和向监测中心传送数据。在轮船发动机上进行的现场试验表明振动式压电发电机可以为无线传感器节点供电。

振动式压电发电机的理论模型与实验

为了预测振动式压电发电机的谐振频率和输出功率等参数,Roundy等以悬臂梁末端挠度为自由度,建立了发电机的理论模型,但该模型忽略了质量块中心挠度与悬臂梁末端挠度的差异,在质量块长度较大时有较大误差.为了扩大适用范围,在考虑质量块中心挠度与悬臂梁末端挠度的差异基础上,分别将发电机结构简化为单自由度和二自由度系统,建立了悬臂梁式压电发电机的两个理论模型,其中的单自由度模型以质量块质心挠度为自由度,二自由度模型同时以质量块质心挠度和质量块转角为自由度.为了对模型进行验证,制作了压电发电机并进行了实验.实验结果表明,这两个新模型比Roundy模型的精度更高.

微型生化分析系统实验测试

介绍了一种基于微型光纤光谱仪的微型生化分析系统及其相应的标定和实验测试。实验中对总蛋白、白蛋白、双氯芬酸钠、亚硝酸盐、碘 淀粉、Fe2 + 邻二氮菲等溶液体系的吸收谱进行了测试。根据不同浓度Fe2 + 邻二氮菲溶液体系的实验结果 ,作出了相应的工作曲线 ,结果表明该工作曲线具有很好的线性度。实验结果与日本岛津分光光度计、美国海洋光学公司的HR2 0 0 0微型光谱仪以及国产 72 2型分光光度计的实验结果进行了比较。实验测试表明该微型生化分析系统已达到实用化的要求 ,且具有实时全光谱 (36 0～80 0nm)分析、体积小等优点 ,是一种比较理想的微型生化分析系统。

光电探测器阵列光敏元宽度对谱线峰值位置影响的研究

本文针对采用光电阵列探测器进行信号采集的光谱分析系统 ,分析了探测器阵列光敏元宽度对光谱峰值定位的影响 .指出由于光敏元具有一定宽度 ,导致非对称型光谱峰值的亚象元定位误差 ,并提出用反卷积消除这种误差 .

宽频带微型压电式振动发电机的设计

针对压电式振动发电机频带宽度过窄的问题,设计了多悬臂梁-单质量块结构的微型压电式振动发电机。建立了多悬臂梁-单质量块结构微型压电式振动发电机的仿真模型,分析了微型发电机的谐振频率与结构参数的关系、输出电压与结构频率的关系等性能参数。组装了多悬臂梁-单质量块结构发电机实验模型,实验结果表明,设计的多悬臂梁-单质量块结构微型发电机在振动频率为113Hz～155Hz的环境中可以有效地将振动能转换为电能,在频带范围内最小输出功率37.56μW,最大输出功率155.71μW,发电机的频带宽度扩展到42Hz。

分形理论在光谱识别中的应用

分形理论是研究一类不规则、混乱复杂,但其局部和整体具有相似性体系的科学。分形维数是分形理论中用于描述对象的不规则度和自相似性的基本度量。文章以符合朗伯-比尔定律的光谱信号为研究对象,在概述分形几何基本原理的基础上,提出了以分形维数作为光谱识别特征的方法,运用相空间重构得出了光谱信号的分形维数,通过对光谱信号的分形维数进行比较,达到识别不同光谱的目的,最后举例对该方法进行了说明。

真空微电子压力传感器的研制

提出了一种带过载保护功能的真空微电子压力传感器。对传感器的压力敏感膜尺寸、阴阳极间距等结构参数进行了分析计算;针对过载保护的问题,在结构上设计了过载保护环,实现了真空微电子压力传感器的过载自保护功能。采用硅的干、湿法结合的腐蚀、氧化锐化和真空键合等工艺技术,成功地研制出传感器实验样品。对传感器实验样品的参数进行了测试分析,其场致发射阴极锥尖阵列密度达24000个/mm2,起始发射电压为0.5～1V,反向电压≥25V,当正向电压为5V时,单尖发射电流为0.2nA,压力灵敏度为0.1μA/KPa。

压电式振动发电机的建模及应用(英文)

振动式压电发电机是一种可为旋转机械故障诊断中的无线传感节点供电的微能源。本文设计了由压电悬臂梁、质量块和固定装置组成的振动式压电发电机,并建立了安装在恒速旋转机械上的悬臂梁式发电机的数学模型。分析了轴向分力对悬臂梁刚度和发电机频率的影响,在考虑悬臂梁受到轴向力影响的基础上,给出了发电机固有频率、输出电压和输出功率的公式。对一个安装于转动框架上的振动式压电发电机进行了测量,结果表明,当框架转动频率为14 .25Hz时,发电机的输出功率约为35μW,随着旋转机械转动频率偏离发电机固有频率,发电机的输出功率很快降低。

混合集成微型光纤光谱仪的实验测定

文中简述了所研制微型光谱仪的基本原理和基本结构,并对该微型光谱仪进行了实验测试和标定。在实验中采用汞灯作为测试所用的光源,分别使用不同芯径和数值孔径的光纤作为光输入元件,实验结果表明该光谱仪具有很好的线性度,在采用50μm的多模光纤时,光谱分辨率可达13.8nm,在采用9μm的单模光纤时分辨率可以达到5.5nm。

静电吸合对力平衡式隧道加速度传感器的影响

隧尖与阳极之间的可控间距是关系到隧道加速度传感器能否正常工作的一个重要参数,静电吸合限制了该可控间距的范围,本文从理论上分析了静电吸合对隧道加速度传感器设计的影响。对于质量块作活塞式运动的平动型隧道加速度传感器,只有当隧尖与阳极之间的初始间距小于两个反馈电极之间的初始间距的三分之一加上发射间距的和时,力平衡才能实现。对于质量块由多根平行悬臂梁支承的隧道加速度传感器,首次提出并证明,增大隧尖与悬臂梁末端的水平距离可以扩大锥尖高度和锥尖与阳极之间的初始间距的取值范围,从而降低对传感器加工工艺的要求。

相关向量机在污水硝氮检测中的应用

针对地表水质的复杂性以及紫外光谱数据维数高、谱带重叠严重的特点,提出将相关向量机算法应用于硝氮的连续紫外光谱分析,实现了对实际污水硝氮的快速准确无污染检测。首先介绍了相关向量机算法原理,然后在分析制药污水紫外吸收光谱的基础上选取230～245nm紫外吸光度数据用于建模,应用多元线性回归、偏最小二乘方法、经典支持向量机方法(SVM)和相关向量机方法分别建立硝氮回归模型并比较分析模型性能。实验结果表明:相关向量机模型预测更准确,模型更稀疏,预测速度快,检测结果的相对满量程误差控制在4.5%以内,适用于对复杂组成成分的实际污水硝氮的有效快速检测。

振动式微型发电机的研究现状与发展趋势

微能源具有体积小,重量轻等特点,是军民两用高新技术发展的迫切需求,已成为近年来MEMS领域的一个重要发展方向。微能源主要分为微型电池和微型发电机两大类。本文着重介绍基于MEMS技术的微型发电机的研究现状和通过振动实现能量转换的发电机系统及其电磁式、静电式和压电式三种主要实现方法,指出了微型发电机的发展趋势。

基于振动式发电机的微型驻极体研究

针对静电式微型振动式发电机的核心材料——微型化二氧化硅/氮化硅驻极体搭建出了合理的充电实验平台,对充电时的温度、湿度、充电电压、针尖电极的形状、充电时间等参数对驻极体充电后的性能的影响进行实验分析,对加工出的满足要求的微型化驻极体进行性能测试,得到驻极体表面电位大小和稳定性与充电过程的参数的一些联系,总结出了关于提高微型化驻极体表面电位大小以及稳定性的充电条件和方法。

压电式双振子微型发电机功率调节电路设计

为克服压电式单振子微型发电机通过一般整流、滤波和储能控制电路不能连续为瞬时发射功率较大的无线传感器网络发射模块供电的问题,提出了一种双振子振动发电的结构思想,介绍了双振子振动发电原理;提出了一种双振子微型发电机输出功率调节控制电路技术方案,它由主—辅整流电路、主储能器、滤波器、辅助补充能量控制电路、稳压电路、滞回比较器、开关控制电路和电子开关等组成。经实验证明：封装了该功率调节电路的压电式双振子微型发电机平均输出功率为250～950μw,瞬时输出功率可以达到680mw,而自身的功耗只有40微瓦以下,能满足连续振动环境中微功耗电子器件、传感器或间歇式较大功耗遥测电路供电的要求。

电泳芯片无接触电导检测器的理论研究

目前电泳芯片大多数采用的是光学检测的方法,这为电泳芯片的微型化、一体化集成带来了一定的难度。为此,设计了一种新的电泳芯片高频无接触电导检测器,并对这种新型的检测器进行了理论研究和分析,建立了高频电导检测器等效电路模型,对高频电导检测器的结构进行了设计;综合考虑区带展宽等因素,确定了检测器的结构尺寸。该检测器具有应用范围广、结构简单、易于一体化集成的特点。

基于MEMS微型振动式发电机的计算与模拟分析

提出了一种基于驻极体的MEMS微型振动式发电机,该微型发电机通过极化电荷在由振动引起变化的电容极板之间转移,实现外部振动机械能向电能的转换。在已研制出的驻极体材料基础上,通过对微型振动式发电机的叉指参数、驻极体与电极的间距等参数进行了计算分析,从理论上得到了最大功率为250μW的微型振动式发电机模型。