基于IRS辅助通信的无线供能传感器网络信息年龄优化

无线传感器与基站之间容易因障碍物阻挡,影响信息交付的及时性,传感器能量供应不足也会引起信息年龄(AoI)性能下降。构建一种基于智能反射面(IRS)辅助通信的无线供能传感器网络系统模型,提出一个联合优化能量发射矩阵、IRS相移和传感器调度的多变量系统总信息年龄最小化优化问题。由于调度变量的二进制性质和IRS相移约束的非凸性质,导致该优化问题无法被直接求解,因此利用变量松弛和半正定凸松弛方法将原非凸问题转化为凸问题,并设计一种基于半正定凸松弛的信息年龄调度优化算法。实验结果表明,当能量站最大发射功率为45 dBm及IRS反射单元数为30时,所提算法相比循环调度算法、非能量收集算法,能将系统总AoI最大分别降低38%、46%,不仅可以为无线传感器持续供能,而且能提高系统的AoI性能。

基于纳米铂黑材料的超高辐射率MEMS红外光源研究

本文基于微机电系统(MEMS)设计和加工技术,研制了一种高辐射率、低功耗、高调制速率的MEMS红外(IR)光源,通过在工艺中引入高可靠的纳米铂黑(Pt-black)材料作为红外辐射层,在2~14μm光谱范围内成功实现了99.5%以上的平均辐射效率。在5V驱动电压下,该MEMS红外光源的辐射区温度达到407℃,响应时间(T90)为17ms,在10Hz和100Hz工作频率下的调制深度分别达到100%和42%。最后,把该MEMS红外光源芯片集成在一种微型二氧化碳(CO_(2))气体传感器样机中进行了实验验证,结果表明:该器件具备良好的辐射特性和温度特性。该MEMS红外光源可以用于常规的CO_(2)和甲烷(CH_(4))气体检测,以及二氧化硫(SO_(2))、硫化氢(H_(2)S)、六氟化硫(SF_(6))、氨气(NH_(3))等多种工业气体检测。

针对IR-UWB无线传感器网络的两步能量测距法

针对无线传感器网络节点低成本、低运算能力的特点,基于脉冲超宽带技术的无线传感器网络提出了一种基于能量检测的两步测距法。这种方法针对DP(direct path)分量进行TOA(time of arrival)估计,具体包含对DP所在能量块的广义似然比检验和能量块内对DP精确位置的极大似然估计两部分。给出了DP能量块检测概率和估计结果的闭合表达式,通过理论和数值分析了积分长度等系统参数对于TOA估计性能的影响,并建立了估计误差的数学模型。最后通过仿真结果进行了性能比较,并验证了分析结论。与传统方法比较的结果表明,该算法可以在复杂度较低的条件下取得一定的性能提升。

海底pH的原位探测镀Nafion膜的Ir/IrO_2电极

洋中脊热液流体及大陆斜坡气体水合物区的冷泉中溶解有硫离子.Ir/IrO2电极对硫离子非常敏感.虽然它和Ag/AgCl参比电极配对在pH0～14中具有优良性能,但在含有2×10-4mol/LNa2S的缓冲溶液(pH=12.6)中无法得到稳定电位.测试初期是高强度假信号,然后是上下波动的信号曲线.为克服硫离子的干扰,在Ir/IrO2电极表面镀上了Nafion膜.Na-fion是杜邦公司生产的一种聚合物选择性半透膜.相对于为未镀Nafion膜的Ir/IrO2电极而言,镀膜电极不仅对不同pH值溶液响应良好,而且在含有2×10-4mol/LNa2S的缓冲溶液中信号稳定,表明了硫离子的干扰被有效屏蔽.固态镀膜Ir/IrO2和Ag/AgCl电极对适用于对海底热液和冷泉的pH测定与长期观测.

石墨烯载Ir催化剂对氨氧化的电催化性能

用石墨烯(G)代替Vulcan XC-72炭(XC)作Ir的载体制备石墨烯载Ir(Ir/G)催化剂.电化学的测量结果表明,Ir/G催化剂对氨氧化的电催化性能优于XC炭载Ir(Ir/XC)催化剂.X射线衍射(XRD)谱测量结果表明,Ir/G和Ir/XC催化剂的Ir粒子平均粒径相似.拉曼光谱的测量结果表明,G的石墨化程度和电导率高于XC.因此,Ir/G催化剂对氨氧化的电催化性能优于Ir/XC催化剂.氨在Ir/G催化剂电极上氧化的电流密度与氨浓度呈很好的线性关系曲线,相关系数R为0.99557.因此,Ir/G催化剂电极可作为电流型电化学氨传感器的工作电极.

Ir/CNTs催化剂的制备及对氨的电催化氧化

分别以碳纳米管(CNTs)和XC-72活性碳为载体制备了Ir/CNTs和Ir/C催化剂.X射线衍射(XRD)结果显示,CNTs拥有更高的石墨化程度.电化学研究结果表明,与Ir/C催化剂相比,Ir/CNTs对氨氧化具有更高的电流密度、更低的起始氧化电位和更好的稳定性.同时,Ir/CNTs催化剂对氨检测的线性范围更宽,灵敏度更高,检出限更低.

超细Ir催化剂对氨氧化的电催化性能

报道了一种新型的、用NH4F作络合剂的络合还原法制备的Ir催化剂及其对氨氧化的电催化性能.结果表明,由于溶液中的Ir3+和NH4F形成络合物,因此用这种络合法制得Ir催化剂中Ir粒子的平均粒径为2.8nm,要比不加络合剂时制得的Ir催化剂中Ir粒子的平均粒径(7.5nm)小很多.所以,用络合还原法制得的Ir催化剂对氨氧化的电催化活性和稳定性都比不加络合剂时制得的Ir催化剂好很多.且该制备方法简单、实用,适用于催化剂的实际生产.

CMOS红外光源的设计与实现

基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源。它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO_(2))和氮化硅(Si_(3)N_(4))多层复合介质薄膜为支撑形成悬空膜片式微热板,以氧化铜(CuO)和二氧化锰(MnO_(2))纳米材料复合薄膜作为辐射增强层。基于COMSOL软件进行了热电耦合仿真,证明结构设计合理性。采用标准CMOS工艺、硅(Si)的深刻蚀工艺以及静电流体动力学打印技术流片制造了该CMOS红外光源芯片。性能测试结果表明:该红外光源从室温升温至469℃的热响应时间约为41 ms,电功耗仅为138 mW,辐射区温度分布均匀,引入辐射增强层使表面比辐射率提高约35%,红外光源的辐射功率和红外光谱辐射强度测试结果表明:该涂层有效地增强了红外辐射。

大孔炭载Ir催化剂对氨氧化的电催化性能

分别以大孔炭(MC)和Vulcan XC-72炭黑(XC)为载体,制备了Ir/MC和Ir/XC催化剂。在用X射线能量色散谱(EDS)、X射线衍射(XRD)谱、拉曼光谱对催化剂表征的基础上,用电化学技术研究了2种炭载Ir催化剂对氨氧化的电催化性能,发现氨在Ir/MC催化剂电极上,氧化峰峰电流密度比在Ir/XC催化剂电极上大38.7%左右,而且电催化稳定性明显好于Ir/XC催化剂。由于Ir/MC和Ir/XC催化剂的Ir粒子平均粒径和相对结晶度相似,因此,这只能归结于MC有大的孔径和孔率及高的石墨化程度引起的高电导率。所以MC是一种比XC更好的催化剂的炭载体。

炭载Ir-Co催化剂的制备及其对氨氧化的电催化性能

通过液相化学还原法制备了炭载Ir-Co(Ir-Co/C)催化剂。X射线衍射测试表明,Co原子进入了金属Ir的晶格中,形成了Ir-Co合金,并导致了Ir晶格收缩。透射电子显微镜观察表明,Ir-Co纳米颗粒均匀分散在炭载体表面,没有出现Ir/C催化剂中金属Ir严重团聚的现象。电化学测试表明,与炭载Ir(Ir/C)催化剂相比,NH3在Ir-Co/C催化剂电极上氧化的起始电位负移,峰电流密度增大,增加了检测灵敏度和降低了检出限,表明Ir-Co/C催化剂对NH3氧化的电催化性能明显优于Ir/C催化剂。Ir-Co/C催化剂在电化学氨气传感器中有良好的应用前景。

碳化钨和Vulcan XC-72炭混合载Ir催化剂对氨氧化的电催化性能

以碳化钨(WC)和Vulcan XC-72炭黑(XC)为载体制备了XC载Ir(Ir/XC)和WC/XC载Ir(Ir-WC/XC)催化剂,在用X射线能量色散谱、X射线衍射谱对催化剂表征的基础上,用电化学方法研究了2种载体Ir催化剂对氨氧化的电催化性能,发现氨在Ir-WC/XC催化剂电极上的氧化峰峰电流密度比在Ir/XC催化剂电极上大31.26%,而且电催化稳定性明显好于Ir/XC催化剂。

基于Re,Os,Ir和Rh金属络合物的光化学氧传感器

光化学氧传感器在氧传感器研究中具有广泛的应用前景。近年来,发光Re(Ⅰ),Os(Ⅱ),Ir(Ⅲ)和Rh(Ⅲ)金属络合物由于长发光寿命和高量子产率等特点,被逐渐开发用于氧传感器研究。该文综述了这方面目前的研究现状。

2D IR-TRACC传感器校准研究

碰撞假人用位移传感器用来测量碰撞过程中假人膝部、胸部等部位产生的位移量,以此判断碰撞对人体的伤害程度,本文详述了2D IR-TRACC传感器线位移灵敏度、横向位移量、旋转电位计灵敏度的校准方法,运用最小二乘法拟合及单变量求解得到了传感器灵敏度的最优解,并评定了2D IR-TRACC传感器线位移测量结果的测量不确定度,验证了本校准方法的有效性,满足溯源需求。

智能反射面辅助的无线传感网络充电策略研究

在无线可充电传感网的研究中面临诸多挑战,如无线功率传输中易衰弱、充电规划复杂度高、内存数据易溢出导致丢包。为此,引入智能反射面(IRS)并基于强化学习设计一种无线传感网能量传输和数据收集方案IRS_MDP。首先,该方案建立反射相位偏移优化问题,计算出以任一传感器节点为充电目标节点时IRS的最优相移值,实现最大化目标节点处所接收的功率。其次,根据上述结果并结合传感器实时状态,基于强化学习设计关于充电和数据传输过程的优化充电策略实现丢包率降低。仿真结果表明,该方案相较其他方案可以更好地提升网络吞吐量和降低数据丢包率。

强激光与红外光学系统光轴平行性检测方法的探讨

介绍3种可测量强激光发射光轴与红外光轴平行性的方法及每种方法的优缺点,重点研究了利用热靶进行波段转换来测量激光与红外光学系统光轴平行性的方法。该方法是将激光聚焦在热靶上,使热靶产生热量并发出红外光,红外光再经过准直进入被测设备的红外光学系统,从而测量出激光光轴与红外光轴的平行性。热靶材料的选择与激光透过率的确定尤为重要,该方法中选用酚醛树脂作为热靶材料,激光的透过率仅为0.5%。通过与远距离目标靶测量法进行比对实验,发现2种方法得到的测量结果一致,从而验证了这种方法的可行性与正确性。

大气光学湍流对光电探测器性能的影响

采用激光闪烁仪和超声风速计对沿海某地冬、夏季的大气光学湍流和风速进行了较长时期的测量,得到了其平均的统计特征。并据此分析了大气折射率结构常数的累积出现概率为50%和90%时大气湍流对光电探测器性能的影响。结果表明:(1)对于水平传输,大气湍流对短波和中波红外成像系统的影响随着传输距离或湍流强度的增加而超过系统的衍射受限占主要地位,对长波红外告警系统的影响可以忽略。(2)对于斜程传输,大气湍流的影响随天顶角的增加而增加,在天顶角小于60°的情况下,大气湍流对系统性能影响的变化不超过45%;而在天顶角超过60°之后,大气湍流的影响迅速增加,其影响最大可以超过3倍。

航天光学遥感器对红外探测器的需求分析

系统论述了航天光学遥感技术的定义、红外遥感区别于可见光遥感的技术优势以及国内外红外遥感器的发展现状。全面分析了未来红外遥感器在资源、海洋、环境、空间红外观测、红外侦察和导弹预警等军民应用领域的具体需求以及超光谱、静止轨道等特殊红外遥感器的潜在需求。在此基础上,通过分析各类遥感器的技术指标和国外的技术差距,战略性地提出了未来军民用各个遥感领域红外光学遥感器发展对核心器件——红外探测器需求和发展建议。

高压开关柜隔离触头温度红外检测系统的研制

以红外热电堆为传感器,利用红外测温技术,研制了高压开关柜温度监测系统。该系统能够与变电站综合自动化系统相连,实现远程监测。笔者简要介绍系统的总体设计方案,并给出了系统软硬件实现、标定原理及现场实验。

高压隔离开关触头温度在线监测系统的研制

高压隔离开关处于高电压、大电流、强磁场的工作环境,针对其触头温度难以测量并严重影响供电可靠性的问题,笔者在分析红外测温基本原理的基础上,提出了基于红外温度传感器的高压隔离开关触头温度在线监测方案,设计了温度检测硬件电路,开发了温度检测软件,研制了基于局域网络的温度在线监测系统。实验结果表明:触头温度测量准确,数据传输实时性好,系统运行稳定可靠。

雷达—红外异地配置下的数据融合算法

文中讨论了雷达和红外传感器异地配置情况下的数据融合算法。首先,讨论了雷达相对于红外传感器所在位置的转换测量和相应的测量误差获得方法;然后,对转换后的雷达测量数据和红外传感器的测量数据进行融合处理,从而可获得新的等效测量数据。最后,给出了算法的仿真分析。仿真结果表明新的融合算法能有效提高系统的状态估计精度。