基于螺线形光纤的液体质量分数传感器

设计了基于螺线形光纤的液体质量分数测量装置.在传输光纤的中间部位制作去包层裸光纤,当裸光纤与不同质量分数的溶液接触时,光纤中传输光的强度将随液体质量分数的升高而损耗增大,以此建立传输光强与质量分数的对应关系.设计了螺线形裸光纤传感器,研究了螺线形光纤设计参量——曲率半径和圈数对液体质量分数检测灵敏度和分辨率的影响.优化后的传感器对NaCl溶液的检测灵敏度为质量分数变化1%引起0.626 mV的检测电压变化,质量分数分辨率达到1.1×10^(-3),且检测重复性好.

基于PLD法制备的MgZnO薄膜紫外传感器的研究

用KrF准分子脉冲激光沉积(PLD)法,以石英为衬底,在300℃～600℃制备了MgZnO薄膜。由拉曼光谱仪、AFM、UV/vis分光光度计对薄膜进行表征,结果表明,在600℃制备薄膜有最大的禁带宽度3.78 eV,以及最好的结晶质量。在此薄膜上镀上Al电极制备紫外传感器,测量了传感器的的I-V曲线、光谱响应特性,以及在365 nm紫外光辐照下的时间响应特性。传感器波长响应峰值在约320 nm;上升时间常数为9.1 ms,下降时间常数为16.5 ms。

基于F-P干涉的强度型光纤压力传感器

研究基于强度解调技术的Fabry-Perot干涉型光纤微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器.该传感器采用MEMS各向异性腐蚀工艺加工的方形硅杯,其硅杯结构尺寸和表面光洁度比圆形压力敏感膜一致性好.传感器采用大面积比的方法,降低硅敏感膜片弯曲变形所引起的非线性测量误差,新增参考光路以补偿光源功率波动对测量的影响.在0～38kPa压力范围内实现了单值测量,相对灵敏度达到0.7%/kPa.实验与理论分析结果一致,具有很好的测量重复性.提出的多波长和多传感融合的测量方法,可用于扩大测量范围,提高灵敏度.

基于微结构光纤的温度传感器研究

对基于模间Mach-Zehnder干涉式、Michelson干涉、F-P干涉和荧光等原理的微结构光纤温度传感器开展了较为系统和深入的研究,建立了相关理论,研制出了一系列新型光纤温度传感器及其功能器件.展示了一种新型的多参量荧光光纤有源温度传感器,并建立一种新的信号处理方法;利用液体填充微结构光纤制作出的在线式、全光纤Mach-Zehnder干涉式温度传感器,敏感度达–1.83 nm/℃;利用全固态光子带隙光纤内的高阶导模来制作结构紧凑的Michelson高温传感器,传感头尺寸仅为1.03 mm;基于柚子型小纤芯微结构光纤制作了微腔F-P高温传感器,温度的灵敏度为17.7 pm/℃,测量温度达1000℃.

一种无接触铁磨粒测量传感器的优化设计

针对非接触变压器结构形式的铁磨粒传感器,由于存在漏磁较大、初次级线圈的耦合系数低导致的传感器灵敏度不高等问题,为此,需要对其结构进行优化。给出了铁磨粒传感器的检测机理,分析了影响传感器灵敏度的各种参数,采用ANSYS软件对该传感器进行了磁场-电路耦合有限元仿真与分析,提出了提高传感器灵敏度的优化结构和方法。仿真和实验结果表明:优化后的传感器在体积上大幅度缩减,灵敏度显著提高。

手静脉身份识别技术

介绍了手静脉特征识别技术的发展历程和关键性事件,对手静脉识别技术的基本原理、静脉图像采集装置的结构和常用术语进行了解释。通过对手静脉特征识别技术的现状和使用中存在问题的研究,给出了手静脉特征识别技术未来研究的发展方向:研制新型的传感器;反欺骗技术的研究;标准化。

基于波长寻址的表面等离子体共振传感技术

本文提出了基于光谱扫描技术的非机械扫描的表面等离子体共振(SPR)传感技术,采用白光为SPR激发光源,通过单色仪控制入射光的波长实现光谱寻址,在保证灵敏度和动态范围的同时,使系统在整个动态范围内具有较好的线性,简化了传感器结构。理论分析了光谱扫描SPR传感技术的灵敏度和动态范围,搭建了实验系统,并测量了不同浓度的酒精水混合溶液的SPR信号变化。结果表明:系统折射率测量范围为1.30-1.38,灵敏度可达3.1×105RIU。

离子束溅射制备Bi2Te3热电薄膜

采用离子束溅射技术,溅射不同面积比例的Bi/Te二元复合靶,制备Bi2Te3热电薄膜,所制备的薄膜Bi∶Te原子比接近2∶3.X射线衍射测量结果显示,薄膜的主要衍射峰与Bi2Te3标准衍射峰相同,在(015)晶面上择优选向明显,存在少量的Bi和[Bi,Te]杂质峰.霍尔系数测试及Seebeck系数测量结果表明,薄膜都为n型半导体薄膜,电导率量级为105Sm-1,电学性能良好.在不同条件下制备的薄膜Seebeck系数最大值为-168μVK-1,最小值为-32μVK-1.其中,Bi∶Te原子比为0.69,退火温度为300℃的薄膜功率因子最大,达1.1×10-3Wm-1K-2.

铜铟镓硒薄膜的四元叠层法制备与表征

采用热蒸发沉积Ga、离子束溅射沉积Cu、In和Se,在BK7玻璃上形成Ga/Gu/In/Se四元叠层,在同一高真空环境下对四元叠层进行退火热处理,制备得到铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池吸收层材料CIGS薄膜.通过X射线衍射仪、能谱仪、扫描电子显微镜、分光光度计及四探针,测量材料的结构、组分、形貌以及光电特性.结果表明,通过精确控制热蒸发蒸镀Ga膜料的时间,实现在CuInSe2(CIS)薄膜上掺杂Ga元素,制备的CIGS薄膜均呈黄铜矿结构,当Ga的原子数分数x(Ga)=3.96%～9.26%时,衍射峰较强,结晶度较高,其中x(Ga)=4.70%,N(Ga)/(N(Ga)+N(In))=0.16时,颗粒明显,大小均匀平整,对应最大晶粒尺寸约为61.01 nm,光学带隙为1.18 eV.

热电薄膜与薄膜温差电池研究进展

热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的绿色环保型功能材料。近年来研究发现,薄膜热电材料及其器件有高的热电转换效率和实用性,具有重要的研究价值和市场实用价值。本文首先介绍国内外低温B-i Sb-Te系热电薄膜材料的研究现状,在阐述提高B-i Sb-Te系薄膜热电材料性能的方法、途径以及其应用的基础上,介绍了热电薄膜制备技术方面的关键科学问题所在。其次介绍了国内外薄膜温差电池的研究进展和发展趋势。在总结薄膜热电材料及其器件发展历史和分析热电理论的基础上,阐述了薄膜温差电池方面的研究进展和关键技术所在。

多干扰情况下的电力系统闭环辨识研究

电力系统中多处负荷投切与变化等随机性质小扰动,导致系统响应始终存在类似噪声的小幅波动.本文提出利用广域测量类噪声信号辨识被控电力系统模型,及时准确地反映系统当前运行特性,进而解决因仿真模型及参数误差造成的系统分析及控制器设计可信度难以评估等难题.重点对多干扰情况下的系统模型闭环辨识问题进行理论性研究,包括闭环可辨识性、辨识一致性及收敛性等方面,分析得出类噪声环境下要实现系统闭环辨识需具备的条件,并对理论研究结果进行了仿真验证.

ZnO薄膜生长及声表面波性能研究

采用传统射频磁控溅射技术,通过引入Si O2缓冲层以及调节工作气压的方法,在Si衬底上制备具有高度(1120)择优取向的Zn O薄膜.采用X射线衍射技术和原子力显微镜分析Zn O薄膜的晶体特性和择优取向.研究发现,引入Si O2缓冲层能显著减小Zn O/Si O2/Si三层结构声表面波器件的温度延迟系数(temperature coefficient of delay,TCD),当Si O2缓冲层厚度为200 nm时,Zn O薄膜同时具有(0002)和(1120)择优取向,且TCD值仅为2×10-6℃-1左右,说明器件温度稳定性佳.当工作气压降低时,Zn O(1120)择优取向增强,相应的声表面波器件的机电耦合系数(K2)也增大.在大机电耦合系数和高温度稳定性的Zn O/Si O2/Si三层结构的基础上,有望制作出高性能的Love波声表面波生物传感器.

双空芯光子晶体光纤温度传感特性研究

分析双空芯光子晶体光纤在填充高温度系数折射率敏感介质后的温度特性.应用全矢量有限元法研究温度对其模场分布、等效折射率、耦合长度及限制损耗的影响.结果表明,耦合长度随温度升高递减,限制损耗随温度升高递增.当结构一定时,短波长条件下,双空芯光子晶体光纤具有更好的温度敏感特性.

衬底温度对PLD法沉积CdS及ZnS薄膜材料的影响

以ITO玻璃为衬底,利用脉冲激光沉积(PLD)法在温度为50、200和400℃下制备了CdS、ZnS薄膜。测量分析了温度对CdS及ZnS薄膜的透射光谱特性、光学带隙、Raman光谱特性等的影响。结果显示,在实验温度范围内:①ZnS薄膜比CdS薄膜透射性能好,光学带隙大;②ZnS薄膜的Raman光谱复杂,Raman特征峰较弱;CdS薄膜的Raman特征峰明显;③随温度升高,CdS与ZnS相比禁带宽度增加明显、Raman特征峰增高变窄。对此现象进行了解释,为利用CdS或ZnS薄膜作为CIGS薄膜太阳电池缓冲层提供了参考。

氧分压对磁控溅射VO_2薄膜相变性能的影响

采用直流反应磁控溅射工艺在不同氧分压下制备VO2相变薄膜.分别用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、四探针方阻测量系统和分光光度计对薄膜微结构、表面形貌、电学及光学特性进行表征.测量结果表明,薄膜样品是由包含VO2相在内的多相复杂体系构成的,随着氧分压的增加,薄膜中高价态相的钒氧化物增多.所有薄膜均呈现出压应力,压应力大小随着氧分压的升高而逐渐减小.方块电阻温变结果表明,薄膜具有明显半导体-金属相变特性,相变性能随着氧分压的升高呈先增后减特征.高低温透射谱表明,薄膜具有良好红外开关特性.氧分压改变导致膜中氧空位缺陷密度和微结构变化是VO2薄膜半导体-金属相变性能改变的主因.本实验条件下,具有良好热致相变性能的VO2薄膜的最佳生长氧分压是0.04 Pa.

近红外激光退火晶化CIGS薄膜研究

利用脉冲激光沉积法在石英基底上沉积铜铟镓硒薄膜为前驱物,采用波长1 064 nm的近红外脉冲激光在不同能量密度下对其进行退火晶化.对薄膜的光学特性、晶体结构和形貌等进行表征分析,结果表明,随着激光能量密度增加,铜铟镓硒薄膜结晶度增加,晶粒尺寸变大,压应力减小,禁带宽度增加.当激光能量密度为325 mJ/cm2时,薄膜的结晶度达最高值29.46%,晶粒尺寸达最大为15.4 nm,压应力最小,薄膜结晶质量最好,过低和过高的能量密度都不利于薄膜的结晶.同时分析了高能量密度时薄膜表面条纹的形成机理.

单源热蒸发制备有机无机杂化CH3NH3PbI3薄膜及其性能表征

采用全真空单源热蒸发沉积技术直接制备钙钛矿太阳电池用有机无机杂化CH3NH3Pb I3薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和分光光度计对制备的CH3NH3Pb I3薄膜微结构、表面形貌、化学成分和光学性能进行表征分析,并与非真空旋涂法制备的CH3NH3Pb I3薄膜性能进行比较。结果表明:单源热蒸发法制备的CH3NH3Pb I3薄膜呈现单一的钙钛矿四方晶体结构,且与蒸发源材料的晶体结构同源性高,没有出现杂质相偏析;对比旋涂法制备的CH3NH3Pb I3薄膜表面均匀致密平整,且薄膜结晶度更高;单源热蒸发法制备的CH3NH3Pb I3薄膜禁带宽度为1.57 e V,符合钙钛矿太阳电池吸收层光学性能要求。

衬底温度对ZnO：Al薄膜热电性能影响的研究

本文采用直流磁控溅射的方法在透明玻璃衬底上制备掺铝氧化锌(ZnO:Al,AZO)薄膜,系统研究不同衬底温度对AZO薄膜热电性能特性的影响。实验结果表明:所制备的薄膜均呈现出N型热电半导体特性。在所制备的样品中,当衬底温度为250℃时,薄膜样品的电导率具有最大值,为1.35×105 S/m,但该样品的塞贝克系数较小;当衬底温度达到400℃时,所制得的薄膜样品在测试温度为503 K时,塞贝克系数绝对值和功率因子达到最大,分别为96μV/K和7.2×10-4 W/mK2。不同衬底温度条件下沉积的AZO薄膜均呈现出六方纤锌矿结构,具有明显的c轴择优取向,随着衬底温度的增加,薄膜表面颗粒致密度增加,结晶情况改善。通过表面形貌和剖面分析可知:与其他薄膜样品相比,衬底温度为400℃时,薄膜样品出现更明显的柱状生长趋势,微结构的改变可能是使该薄膜样品热电性能改善的重要原因之一。

柔性衬底上AZO薄膜的附着力特性研究

使用脉冲激光沉积(PLD)方法在柔性衬底PMMA和PET上制备了具有高c轴择优取向的AZO(ZnO∶Al)薄膜。通过X射线衍射(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和纳米划痕仪,研究了在不同衬底下生长的薄膜样品的晶体结构、光学性能和附着力。结果表明,两种柔性衬底上生长的AZO薄膜都是单一的ZnO六方相,可见光范围内光学透过率均大于85%;PMMA、PET衬底上AZO薄膜的临界载荷数值分别为31.31mN和16.97mN,PET衬底上ITO薄膜的临界载荷数值为40.55mN。

非偏振分光镜对干涉式椭偏仪测量精度的影响

提出了一种新型激光外差干涉椭偏测量术用于实现纳米级精度的薄膜厚度测量。采用偏振光p和s分量透射比、反射比、反射相移、透射相移共同表征非偏振分光镜(NPBS)的退偏效应,建立了相应的误差模型,从而研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角对椭偏参数误差的影响。研究结果表明,由环境温度、入射角和光束偏振态的变化引起的NPBS退偏参数的漂移对椭偏测量精度影响很大,且无法通过标定来降低。为实现纳米级测量精度,NPBS的对准误差需要控制在0.1°以内。相对而言,用于合光的NPBS方位角误差对测量精度影响较大,NPBS所导致的膜厚测量总误差约为1.8～2.5nm,说明NPBS是马赫曾德尔干涉式椭偏仪的一个不可忽视的误差源。