Sensitivity studies of high-precision methane column concentration inversion using a line-by-line radiative transfer model

超遥感可以提供一个有效答案检索甲烷(CH4 ) 在大气的列的集中。由于探索 CH4 的吸收性的特征，一个适当乐队与高精确为它的列集中的察觉从 hyperspectral 数据被选择。跟随最近的倒置理论和方法，线每篇文字题目下作者的署名放射的转移模型(LBLRTM ) 被雇用向前在倒置精确，包括的 CH4 起始的侧面，温度，重叠气体，和表面上为四个敏感因素的影响建模反照率。结果显示四个优化因素能改进大气的 CH4 列集中的倒置精确。

PMMA/石墨烯异质压力传感器及传感特性分析

石墨烯具有优异机电性能和超大比表面积,其显著压阻效应可应用于高性能压力传感,为探索下一代超灵敏传感器开辟新方向。目前在研石墨烯压力传感器存在石墨烯悬空破损严重、成品率低等难题,其根源在于,石墨烯除胶释放过程应力过载。本文提出以PMMA/石墨烯复合异质薄膜替代单层石墨烯的压力传感器新方案,设计COMS兼容新工艺,可实现传感器规模化制备,成品率接近100%。测试表明,本文传感器灵敏度高达7.42×10^(-5)/kPa,优于与已报道结果。提取传感器压力测量精度约为2.6%~3.5%,比国外禁运高性能压力传感器精度(0.05%~0.01%FS)差近2个数量级,其主因在于测量系统电噪声及受工艺污染石墨烯本征电阻噪声。当前石墨烯压力传感器研究的重点应聚焦精度指标的提高,而不是片面追求灵敏度指标。

基于VO_(2)的超表面双气体传感器设计

针对传统矿用气体传感器易受温度和环境湿度等因素的影响而导致稳定性不高的问题,基于局域表面等离子共振原理和二氧化钒(VO_(2))的相变特性,设计了一种基于VO_(2)的超表面双气体传感器。该传感器结构由上下三层组成,表面由多层金属-介电-金属(MDM)结构组成。根据VO_(2)的相变特点,通过改变施加的偏置电压,以电阻加热的形式加热金属板,精细控制VO_(2)的温度,通过改变VO_(2)的电导率来模拟VO_(2)的不同状态。当VO_(2)呈高温金属态时,上三层形成MDM结构,VO_(2)表现出金属性质,并在1721.3 nm激发局域表面等离子体共振(LSPR),实现甲烷检测,传感器的吸收率为94.3%,甲烷灵敏度为4.21 nm/%。当VO_(2)呈低温绝缘态时,下三层形成MDM结构,在2694.6 nm激发LSPR,实现氢气检测,传感器的吸收率为95.9%,氢气灵敏度为2.10 nm/%。当环境折射率发生变化时,VO_(2)在2种状态下的吸收峰均发生了红移,且呈线性关系,可以用来检测环境折射率的变化。为验证该传感器的可行性,对6种不同体积分数的甲烷、氢气和4种不同的环境折射率进行了仿真和分析,结果表明:基于VO_(2)的超表面双气体传感器可有效检测出较低浓度的甲烷和氢气,且灵敏度较现有的气体传感器有较大提升;谐振峰偏移量与环境折射率变化量和甲烷体积分数变化量的计算值和理论值误差很小,说明该传感器具有很高的准确性;通过分析环境折射率和谐振波长的关系,得出该传感器对环境折射率的变化同样具有较高的检测灵敏度。

基于Fano共振的全介质型超表面甲烷传感器设计

与传统甲烷传感器相比,超表面甲烷传感器具有高度灵敏、性能稳定、小型化、集成化、多功能可定制等优点,更满足在煤矿等复杂环境下的应用需求。设计了基于Fano共振的全介质型超表面甲烷传感器。超表面结构由周期性的硅纳米结构和SiO2衬底组成,包含4个方形硅环纳米结构及中心的硅纳米方块。通过改变几何参数观察其对全介质超表面结构Fano共振的影响,结果表明,综合考虑结构的品质因数和调制深度,应选取方形硅环中心距离为1000 nm,方形硅环的内边长为100 nm,硅纳米块的边长为200 nm,此时品质因数为227.60,调制深度为99.98%,接近100%。通过在超表面结构内涂覆甲烷气敏薄膜实现传感检测功能,结合极窄线宽的Fano谐振特性和显著的局域场增强效应,实现对甲烷气体的高精度检测。仿真结果表明:全介质超表面传感器对甲烷体积分数的灵敏度为−0.953 nm/%,且甲烷体积分数变化与共振峰偏移量呈线性关系,监测性能较好;全介质超表面传感器的折射率灵敏度高达883.95 nm/RIU,且共振峰偏移量与环境折射率增量呈线性关系,可用于检测环境折射率的变化。

吸收光谱式光纤瓦斯传感器的参数设计

在简述非功能型吸收光谱式光纤瓦斯传感器原理的基础上，对光波波长的选择问题进行了讨论，提出一种根据传感器的技术指标确定其基本参数（气室长度Ｌ，光电原件的参数等）的方法，并建立了相应的数学模型．分析表明，增大Ｌ或减少σｉ／ｉ（光电流的测量标准差σｉ与光电流之比）都能起到减少ｃ的测量误差，提高瓦斯探测灵敏度和分辨率的作用．设计时，应首先根据市场情况尽可能地选小σｉ／ｉ，然后再根据传感器的性能指标确定Ｌ．

灵敏度系数可调布拉格光栅应变传感器的设计

针对裸光纤布拉格光栅应变监测量程或精度有限的问题,提出了一种灵敏度系数可调光纤布拉格光栅应变传感器的设计方法。理论和实验研究了该方法在增大光纤布拉格光栅应变监测量程或提高精度方面的性能,并以此研制了基片表面粘贴式和FRP封装式两种封装结构的灵敏度系数可调应变传感器。理论分析并实验标定了传感器的灵敏度系数。最后,对传感器理论和实验灵敏度系数误差进行了分析,指出了改进的方向。实验结果表明:两种封装结构的大量程传感器的量程分别增加了243%和126%,高精度传感器的精度提高至0.51με和0.52με。传感器标定实验表明,两种封装结构的传感器都有很好的线性度和重复性,相关系数达到0.999以上。

均匀沉淀法制备高性能催化燃烧式甲烷传感器

为了提高催化燃烧式甲烷传感器的性能,以介孔SBA-15作为载体,采用均匀沉淀法制备具有不同Pd担载量的敏感材料。通过XRD和氮气吸脱附表征材料的组成及结构,并以该材料构筑敏感元件,研究其气敏特性。与传统浸渍法合成的Pd/γ-Al2O3相比,Pd/SBA-15对于甲烷具有更加出色的敏感特性,这主要源于其高比表面积、小而均一的Pd颗粒以及多孔结构使Pd/SBA-15上的活性位点与甲烷气体之间产生高效的界面反应。

光干涉瓦斯传感器的研究

叙述了光干涉瓦斯传感器的研究过程和取得的成果 ,通过研究 ,光干涉瓦斯传感器的关键环节———光干涉瓦斯传感器的极精细、微弱的光干涉信号转换为电信号的问题得到了解决 .

双光束干涉型光纤传感器灵敏度与精度受光源谱分布特性的影响分析

基于对双光束干涉型光纤传感器原理的分析,针对洛仑兹、高斯、矩形3种典型光源谱分布,通过对谱分布线宽与光电管接收端功率谱密度之间关系的定量分析,讨论了3种典型光源谱分布特性对传感器灵敏度的影响。假设光场为稳态、遍历随机过程,定量分析了光源谱线宽与接收端相位改变量之间的关系,对比了3种光源谱特性对于传感器精度的影响。结果表明:当时延小于阈值时,采用洛仑兹光源谱的传感器灵敏度最大;当时延大于阈值时,采用矩形光源谱的传感器灵敏度随时延呈周期振荡变化。同时,3种光源谱分布下,洛仑兹光源谱分布线宽对传感器精度的影响最大,矩形光源谱分布线宽对传感器精度的影响最小。

光纤管道安全预警系统的研究与应用

介绍了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的分布式光纤管道安全预警系统。该系统利用与油气管道同沟敷设的普通通信光缆中的3根光纤作为分布式传感器,长距离连续监测油气管道沿线的土壤振动情况,并分析判断可能威胁油气管道安全的破坏事件,及时报警,起到安全预警的作用,能够对这些事件进行精确的分析和定位,详细阐述了系统的原理和组成。经过理论分析和测试结果表明,该系统具有较高的灵敏度和定位精度。

微纳电离式矿井甲烷传感器安全放电及敏感机理仿真

矿井环境下甲烷检测对瓦斯灾害的防控至关重要。微纳结构电离式传感器有响应快、易集成等特点,有望实现甲烷的快速准确检测。目前该传感器内部机理尚不完备,缺少对甲烷放电安全特性的理论及参数指导。对此,采用流体-化学动力学混合方法,仿真研究甲烷-氮气混合气体在纳米尖端微米级间隙的放电动态过程。通过计算空间电荷引起的电场畸变程度,分析甲烷无火花放电的关键参数,并基于带电子输运过程阐明甲烷安全放电机理;分析正离子成分、电子能量随甲烷浓度的演化过程,最终建立器件宏观电特性与甲烷电离效应的联系,完善微纳电离式器件的敏感机理,并分析其敏感性能。该研究为制备矿用电离式甲烷传感器奠定了理论基础。

航天器星敏感器自主定位方法及精度分析

用星敏感器和地平仪测量星光与地平之间的“星光仰角”为观测量 ,利用推广卡尔曼滤波方法实时估计航天器的最佳位置 ,使航天器在失去地面遥控的情况下 ,能够自主准确地确定运行轨道。由于航天器自主定位系统在工作期间会受到硬、软件等诸多因素的影响 ,因而使其定位精度达不到预计要求。在此我们通过大量仿真计算 ,指出一些对自主定位系统精度影响较大的因素 ,并对它们进行了比较分析。

CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒对甲烷气敏性影响分析

为了快速准确检测矿井中的甲烷气体浓度,以直接沉淀法制备了不同含量Ce O2的CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒。利用掩膜法将制备的CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒镀膜于氧化硅绝缘层表面形成敏感薄膜,采用标准MEMS工艺制作了一种薄膜型甲烷传感器。采用X射线衍射仪表征了CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒的相组成和微观形貌,利用全自动程序化学吸附仪分析了CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒对甲烷的吸附机理。在气体传感器静态测试系统上,测试了甲烷传感器灵敏度、湿度、温度、动态响应、抗干扰和长期稳定性等特性。结果表明:以Ce_30为敏感薄膜的甲烷传感器灵敏度为98.3%,动态响应时间为11 s,恢复时间为8 s。在矿井中连续使用12个月后,灵敏度衰减了8.5%。表明该甲烷传感器可实现矿井中甲烷气体在线检测。

智能甲烷浓度检测仪的设计

设计了一种基于语音单片机SPCE061A和非加热半导体气体传感器的智能甲烷浓度检测仪,详细介绍了该仪器的工作原理、硬件结构和软件设计。该仪器有LCD显示和语音播报两种输出模式,直观实用;还可通过软件修正灵敏度,克服了传统检测仪器存在的气体传感器输出与甲烷浓度难以线性化、灵敏度随时间和电源电压下降而降低的缺点,保证了测量的准确性。

一种利用地球敏感器的星光导航方法

针对直接敏感地平的红外地平仪-星光导航系统精度低的问题,提出通过建立扁率误差补偿函数,研究扁率引起的姿态角测量误差;建立地心矢量的姿态角误差模型,通过修正地球扁率误差来补偿姿态角,对卫星施加姿态偏转指令调整地心矢量偏移。同时基于SODERN地球红外辐射模型,考虑红外辐射强度随纬度和季节的变化建立真实红外辐射曲线,通过滤波算法获得精确的地球切线边缘的量测信息,提高红外地平仪测量精度。仿真结果表明,该方法有效提高了基于红外地平仪的星光导航定位方法的可靠性和精度,导航位置误差能达到500 m左右,较原有系统提高3倍以上。

精密电感测微仪中的数字相敏检波技术

根据反相采样的原理,将数字相敏检波技术应用于电感测微仪中,提出了具体的实现方法和算法,并给出了相应的软件设计。通过实验结果表明,采用数字反相采样相敏检波法提高了电感测微仪的精度,能在精密和超精密测量应用中使用。

基于PSD的高精度激光位移传感器设计与分析

介绍了PSD器件的工作原理,对基于三角法测量原理的传感器主要结构参数进行了分析,给出了设计的传感器外形。并设计一种含有多种放大倍数的PSD检测电路,可实现测量中对环境变化的自适应能力。最后分析了影响传感器测量精度的各种因素,并讨论了消除的方法。

一种新型正反馈式CMOS温度传感器电路设计

为提高温度传感器测量精度以及测量灵敏度,设计了一款正反馈式片上温度传感器。本款温度传感器在PTAT电流源基础上,增加了运算放大器正反馈结构,克服了传统温度传感器输出电压范围较小、精度较低的缺点,对器件由于温度变化产生的微弱信号进行进一步放大,使输出电压范围极大增加,提高了测量精度以及灵敏度,进而对芯片内温度进行精准监测以提高系统可靠性;采用UMC 0.18μm CMOS工艺对电路进行了模拟仿真。结果表明:工作电压为(3.3±0.33)V情况下,在-45~125℃温度范围内,输出电压为0.569~3.273 V,输出电压范围较大且线性度达99.93%,电压-温度响应为15.9 mV/℃,温度测量精度为0.12℃/-0.21℃。

激光位置探测器的角位移测量精度分析

作为激光光斑位置探测器,象限探测器和位敏探测器被广泛应用于激光光斑跟踪、监控、位置检测和定位等领域。对这两种探测器的角位置测量精度进行了探讨,分析了影响精度的主要噪声源,推导出两者的角位移精度表达式,并通过计算进行了模拟。结果显示,两者的测量精度决定于信号的信噪比,且随作用距离的增加而降低;象限探测器的角位移测量精度明显高于位敏探测器。在忽略背景光噪声的情况下,象限探测器的精度约为位敏探测器的40倍。

Co掺杂ZnO纳米结构的合成及其气敏特性

采用水热法合成了不同质量分数Co掺杂ZnO纳米结构,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对其表面形貌、元素种类和物相结构进行了分析和表征。制备出了基于不同量Co掺杂的ZnO气体传感器,并研究了Co掺杂ZnO气体传感器对甲烷的气敏特性。实验结果表明,在最佳工作温度(140℃)下,质量分数2%Co掺杂ZnO气体传感器对体积分数为10-4甲烷气体的最高灵敏度可达3.55,最低检测极限为5×10-8,并且响应时间和恢复时间分别为19和27 s。这表明Co掺杂ZnO气体传感器在实现对低浓度甲烷气敏检测方面具有较好的潜在应用价值。