基于改进RBFNN算法的瓦斯传感器非线性校正

为了提高瓦斯传感器的精度和灵敏度,提出将改进的径向基函数神经网络(RBFNN)算法应用于瓦斯传感器系统中,对瓦斯传感器的非线性进行校正,同时分析了温度对瓦斯浓度预测的影响,然后利用RBFNN进行离散训练。实验结果表明,经过改进径向基函数神经网络(RBFNN)后,得到的数据比实际测量的瓦斯浓度要更接近于真实值,所产生的平均误差≤±0.1%。预测效果很好,达到了预期的技术指标,提高了瓦斯检测的灵敏度和精度。     

基于激光吸收光谱多点瓦斯监测技术的研究

研究了可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术在煤矿多点瓦斯监测中的应用.分析讨论了基于光谱吸收原理的多点瓦斯实时监测系统的设计方案,TDLAS技术、分布式光纤传感技术和时分复用的信号检测技术相结合,实现多点气体浓度的光学传感.提出了在光路中嵌入标定池的方法来反演浓度.通过不同浓度的瓦斯气体对系统性能进行了测试,检测限低于60×10-6.研究表明系统方案可行,该技术具有实时、连续、非接触快速检测的特点,能够满足矿井瓦斯多点安全监测要求.关键诃: 激光吸收光谱;光纤传感技术;瓦斯;时分复用     

硅纳米线传感器灵敏度研究进展

对基于一维纳米材料的硅纳米线场效应晶体管(SiNW-FET)传感器在疾病早期诊断中检测超低浓度生物标志物的优势进行了简单阐述,提出提高SiNW-FET传感器检测灵敏度的重要性和必要性。介绍了SiNW-FET传感器的工作原理、检测灵敏度和检测限(LOD)。重点讨论了通过对SiNW表面修饰方法的优化、使用不同结构形状SiNW和降低传感器德拜屏蔽效应等方法提高SiNW-FET传感器的灵敏度,对各种提高灵敏度的方法和对应方法下SiNW-FET传感器的检测限或灵敏度进行了对比总结。最后,总结了提高SiNW-FET传感器灵敏度的方法和目前亟待解决的问题,并展望了其发展趋势。     

基于局域表面等离子共振光纤传感器的心肌肌钙蛋白I的检测

提出一种应用于心肌肌钙蛋白I(cTn I)检测的 局域表面等离子共振(LSPR)光纤传感器。将标准光纤局部腐蚀 掉包层,在其表面形成纳米银膜,用葡萄球菌A蛋白(SPA)作为纳米银膜与cTn I单克隆抗体 的连接介体,实现鼠 抗人cTn I单克隆抗体对光纤传感器的修饰,放入不同浓度的cTn I溶液中,通过测量传感器 光谱曲线的消 光峰位移获得溶液中的cTn I浓度。实验结果表明,溶液中cTn I浓度在20~120 ng/mL范围内,光谱曲线 的消光峰位移的对数与cTn I质量浓度的对数成线性关系,线性相关系数为0.996。利用夹心法,传感器检 测限可达10ng/mL,有较强的抗杂蛋白干扰能力。基于LSPR的光纤 传感器件结构简单、性能稳定、成本低且测量灵敏度高,可应用于cTn I检测。     

高压IGBT线性变窄场限环终端设计

为使3300 V及以上电压等级绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作结温达到150℃以上,设计了一种具有高结终端效率、结构简单且工艺可实现的线性变窄场限环(LNFLR)终端结构。采用TCAD软件对这种终端结构的击穿电压、电场分布和击穿电流等进行了仿真,调整环宽、环间距及线性变窄的公差值等结构参数以获得最优的电场分布,重点对比了高环掺杂浓度和低环掺杂浓度两种情况下LNFLR终端的阻断特性。仿真结果表明,低环掺杂浓度的LNFLR终端具有更高的击穿电压。进一步通过折中击穿电压和终端宽度,采用LNFLR终端的3300 V IGBT器件可以实现4500 V以上的终端耐压,而终端宽度只有700μm,相对于标准的场限环场板(FLRFP)终端缩小了50%。     

基于表面增强拉曼光谱的水中土霉素残留量的快速检测

应用表面增强拉曼光谱(SERS)检测技术,建立了一 种水中 土霉素(OTC,oxytetracycline)残留量的快速检测方法。实验以表面增强试剂OTR202和OTR103作为活性基底,并使用自适应迭代 惩罚最小二乘法(air-PLS)扣除荧光背景;然后对所用胶体和胶体混合物的吸收光谱与 OTC水溶液的 SERS光谱进行了探讨;最后分析了样品的加入量和不同混合的时间对SERS信号强度的影响, 建立了水中OTC残留浓度X与SERS光谱的1332cm－1处峰面积Y之间的线性 回归方程。实验结果表明,当水中的OTC 浓度范围为0.1~22.0mg/L时,水中OTC残留浓度与1332cm－1处峰面积之间呈现良好的线性关系,线性方程 为Y=5165.7X+4304.9,决定系数R²为 0.986。预测集 样本OTC含量的真实值与预测值之间的R²为0.973, 均方根误差(RMSEP)为1.112m g/L,回收率为96.7~124.5%,相对标准偏差(RSD,n=5)介于1.2098~4.787, 可满足水中OTC残留量的检测,为现场快速检测水中OTC残留量奠定了良好的基 础。     

可调谐半导体激光吸收光谱学测量甲烷的研究

甲烷是天然气和矿井瓦斯等多种气体燃料的主要成分,由于其易燃易爆的特性,瓦斯爆炸一直困扰着天然气站和煤矿的安全生产.可调谐半导体激光光谱(TDLAS)技术是近年来发展起来的一种新型的气体检测方法.它具有灵敏度高、精度高、选择性强、响应快速等突出特点.波长调制光谱(WMS)技术是TDLAS技术中一种重要技术.利用WMS技术检测在大气压下、浓度从0.04%至10%的甲烷气体的二次谐波(2f)信号,并证明了在该浓度范围内2f信号幅值正比于甲烷的浓度,为工业中甲烷气体的浓度监测提供了一种新的检测方法,并为集成甲烷监测仪器提供了理论及实验的依据.     

基于阵列式SERS基底快速和高灵敏检测黄瓜中百菌清残留

基于金纳米花(AuNF)的阵列式表面增强Raman散射(SERS)基底可实现黄瓜中百菌清残留的快速、高灵敏度和高通量检测。首先,通过一步合成法制备AuNF。然后,将AuNF组装在双面离型纸表面,以制备阵列式SERS基底。双面离型纸的疏水特性使AuNF富集,提供丰富的“热点”。以4-巯基苯甲酸(4-MBA)作为Raman信号分子,评估阵列式SERS基底的SERS增强效应,增强因子为4.28×10⁷。最后,基于阵列式SERS基底对黄瓜中百菌清残留进行检测。该SERS基底可快速检测黄瓜中百菌清残留,无需进行标记或复杂的前处理,其最低检测限(LOD)为5×10^-9 mol/L。与新制备基底相比,储存15天基底检测相同浓度百菌清的SERS强度仅下降到92.22%,重现性测试的相对标准偏差(RSD)为1.38%。并且该方法检测实际样品的结果与气相色谱法检测结果对比无明显差异。阵列式SERS基底表现出良好的灵敏度、稳定性、重现性和实用性,可实现黄瓜中百菌清残留的快速、高灵敏度和高通量检测。     

基于波长调制技术的近红外甲烷检测仪

为了在煤矿环境中实时检测甲烷(CH4),利用中心波长为1.654μm的分布反馈(DFB)激光器,基于可调谐激光二极管吸收光谱法(TDLAS),实验报道了一种近红外(NIR)CH4检测仪。为了驱动DFB激光器并从差分信号中提取二次谐波信号,自主设计了激光器智能温度控制器、激光器扫描和驱动电路以及高性价比的锁相放大器,对各模块的性能做了测试和表征。利用各光学模块和电学模块,对系统进行了集成;为了得到其检测性能,开展了详细的CH4检测实验。结果显示,在0~100%的浓度范围内,相对测量误差小于7%,最小检测下限(MDL)为1.1×10-5。对两种标准浓度气体样品(浓度为1×10-3和2×10-1)的24h浓度测量结果表明,检测仪具有较好的稳定度,两组测量结果较真值的波动范围分别小于7.0%和2.5%。利用相似的检测机理和相同的硬件系统,通过更换其他波长的激光器,本文检测仪也可实现对其它气体的检测。     

采用液滴分析技术定量检测水中溶解氧的研究

在原有光纤-电容传感器的基础上,引入了光纤溶解氧(DO)传感器,在保持液滴分析仪原有结构的情况下,可同时获得水质的定性和定量信息。基于液滴分析技术(DAT)对水中30种不同浓度的DO含量进行了检测。实验结果表明,基于DTA,采用光纤DO传感器检测液体的DO含量是有效的。在考虑温度影响时,二次多项式拟合模型效果最佳,系统的灵敏度可达0.1mg/L,最大相对误差为2.38%。     

一种基于TDLAS谐波探测技术的甲烷传感器

实验研究了近红外二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术在煤矿瓦斯气体安全探测中的应用.基于TDLAS的自平衡二次谐波探测方法能够有效地消除激光器光强波动等共模噪声和其他同性干扰的影响,特殊设计的气体吸收池能有效抑制光学干涉条纹,从而降低检测限.实验中吸收池长10 cm,充有10300 ppm的甲烷气体,检测限低于6.5 ppm.这种方法不需使用多次反射池,光路调节简单,能适应煤矿中甲烷气体的监测.     

Fiber Methane Gas Sensor and Its Application in Methane Outburst Prediction in Coal Mine

Fiber optic methane gas detecting system based on distributed feedback （DFB） laser wavelength scanning technique is demonstrated. Wavelength scan of methane absorption peak at 1665.9 nm is realized by saw tooth modulation of current which is injected to DFB laser. A reference methane gas cell is used to find the methane absorption peak around 1666 nm, and normalization is used to reduce the outside affection such as power drift, fiber loss. Concentration is got by arithmetic processing absorption coefficient of the methane gas. In-situ test is carried out in coal mine and long time precision of 0.05% is achieved. Some spot data of coal mine is introduced. By the system, methane outburst can be measured.     

光纤甲烷传感复用系统的研究

基于甲烷气体在近红外波段对光的吸收机理,提出一种新安全型光纤甲烷传感器系统.系统以ELED作为宽带入射光源,利用甲烷在光纤低损耗窗口波段的吸收特性,利用波分复用技术和直角棱镜吸收池,并采用提高波长检测精度的DMF(数字匹配滤波器)对微弱信号进行处理,使得系统的灵敏度达到120 ppm.实验研究表明,此系统的稳定性和检测精度还需进一步提高.     

应用于吸收型甲烷传感器的1650nm DFB激光器的研制

光学吸收法是一种工程上有效可行的检测痕量甲烷气体的方法,具有广泛地应用于构建煤矿坑道等场合的安全防护和报警系统的潜力.为实现针对甲烷气体1653nm吸收峰特性的单色光源,采用金属有机化合物化学气相沉积外延和纳米压印等技术手段,从多量子阱外延材料设计和金属有机化合物化学气相沉生长到器件封装,研制了1653nm分布反馈激光...     

激光遥测甲烷气体最低可探测浓度

对一种使用单一激光源遥感检测甲烷方案的最低可探测的路径-积分浓度进行了理论分析和实验研究,该方案主要采用了频率调制及谐波探测技术。通过理论计算得出了最低可探测甲烷的路径-积分浓度大约为8.7×10-8m。实验中测得该探测系统的探测灵敏度为8.43×10-6m/mV,甲烷最低可探测路径-积分浓度为4.2×10-7m。结果表明该探测系统具有较高的探测灵敏度,完全满足对矿井瓦斯的实时监测要求。     

基于宽带光源与相关光谱技术的CH4传感器研究

针对传统光学传感技术气体选择性不高与激光光源在气体检测中需严格控温的缺点,采用红外宽带光源进行CH4气体的检测,并结合实验所用气室与光电探测器件参数,利用HITRAN数据库对CH4吸收进行仿真计算,得出了系统理论探测下限与光强信号之间的变化规律。在不同CH4浓度梯度的实际测量中,采用快速傅里叶变换(FFT)与Savitzky-Golay数字滤波相结合的方法对系统噪声进行处理,将外部因素引起的噪声干扰降低了1个数量级,在不同CH4浓度梯度的实际测量中,利用CH4浓度和光强调制系数的对应关系对系统进行了标定,并通过数据拟合得到CH4浓度的反演曲线,相关系数达到0.998 83,测量灵敏度低至20×10-6,系统检测下限约为50×10-6;与传统化学传感器相比,系统测量误差小于1.5~7.0%,实现了CH4浓度的精确检测。     

锯齿波调制半波扫描技术对甲烷检测系统的性能改进

为了能够在复杂的环境下实现甲烷气体浓度的高精度和高稳定性检测,在基于光谱吸收原理的光纤甲烷检测系统的基础上,提出了利用锯齿波调制的半波扫描技术,较大程度改进了系统的性能指标。采用锯齿波调制光源的方式,同时对光信号进行波长调制和强度调制,实现对甲烷气体的洛伦兹吸收线型扫描。锯齿波调制的方式能够解决信号链路噪声、环境噪声等随机信号对光强造成的干扰,消除光源波长漂移对检测带来的影响,且实现了积分处理,进一步提高检测精度;但由于甲烷吸收光谱的对称性,采用通用的全波扫描方式,气体吸收光强后进行微分处理会出现正弦型曲线,无法准确确定吸收的光强所对应的数字量;而采用半波扫描方式,气体吸收光强后进行微分处理只出现凹型曲线,可以准确确定吸收的光强所对应的数字量。实验结果表明:采用锯齿波调制的半波扫描方式,可以准确测得甲烷气体浓度;测量范围为0%~10%,精度由100 ppm提升到10 ppm（1 ppm=10-6）,稳定性由0.3%提升到0.01%。该系统经过改进后在复杂环境下受温度影响小,精度高,稳定性好,抗干扰能力强。     

激光光声光谱法测量煤矿瓦斯气体的研究

介绍了使用近红外激光二极管激光光声光谱测量煤矿瓦斯气体的基本原理,给出了测量系统的结构框图,该方法是利用近红外激光二极管作为光源,通过光纤耦合输出接入共振式光声池,微音器检出的光声信号由计算机完成数据分析,可实现安全非接触在线自动检测,真实反映矿井瓦斯的浓度。     

基于1665 nm激光器测量甲烷气体浓度的研究

介绍了一种以1665 nm分布反馈(DFB)激光器为光源,使用双光路差分吸收光谱技术(DAS)测量甲烷浓度的检测系统。双光路差分吸收光谱技术能有效抑制由于光源光强变化、探测器零点漂移等因素所引起的测量的不准确。文中对这种检测方法进行了理论和实验分析,系统的最小探测浓度为100×10-6,响应时间约为14 s。