Epitaxial graphene gas sensors on SiC substrate with high sensitivity

2D material of graphene has inspired huge interest in fabricating of solid state gas sensors.In this work,epitaxial graphene,quasi-free-standing graphene,and CVD epitaxial graphene samples on SiC substrates are used to fabricate gas sensors.Defects are introduced into graphene using SF6 plasma treatment to improve the performance of the gas sensors.The epitaxial graphene shows high sensitivity to NO2 with response of 105.1%to 4 ppm NO2 and detection limit of 1 ppb.The higher sensitivity of epitaxial graphene compared to quasi-free-standing graphene,and CVD epitaxial graphene was found to be related to the different doping types of the samples.     

利用TDLAS技术的多点甲烷气体全量程监测

甲烷气体是一种对人体和环境有严重危害的气体,特别在煤矿、天然气罐、气站和石油化工等安全生产领域,对甲烷气体的泄漏监测至关重要。利用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）,选择1 653.72 nm波长作为甲烷气体直接吸收检测的中心波长,使用微透镜设计了14 cm光程吸收池建立了一套浓度范围为0~100%全量程甲烷在线监测系统,利用分束器分成多路对不同位置进行监测,通过小波变换对吸收信号进行降噪处理,提高信噪比,使系统的最低测量极限达到335 ppm （1 ppm=10-6）,并将自行研制的多点全量程激光甲烷传感器与商用红外甲烷气体探测器进行对比实验,结果表明:该系统具有测量稳定性好、测量范围大、响应速度快、免调校、测量探头本征安全、低成本等优点,完全有能力满足各行业的使用需求。     

可调谐激光痕量气体检测中的数字滤波技术的优选

为改善可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)系统的检测性能,以浓度为50×10-6和17×10-6的H2S气体检测为例,根据TDLAS系统的噪声特征,选择了4种数字滤波技术并利用Visual C++软件分别编写了程序对二次谐波原始信号进行压噪和有效信号的提取。结果表明,采用非线性最小二乘法与数字平均滤波技术相结合,使系统理论检测极限由原来的30×10-6提高到了5×10-6量级;对于反演后气体的浓度信号则采用Kalman滤波进行再去噪,使信噪比提高了近8倍。比较结果表明,经过上述滤波处理,TDLAS系统的信噪比和检测极限性能有明显改善。本文的上述方法实际应用到我们的TDLAS在线工业排放气体的测量系统中,取得了良好的效果。     

一种基于热电效应的微型CO2浓度检测系统

基于CO₂在4.26um处的特征吸收,采用抽取式密闭小型怀特池以及热电传感器,设计了一种微型CO₂气体检测系统,并进行了实际测量,反演了CO₂浓度,相关性达到0.99973,最低检测CO₂浓度为1ppm。此系统结构简单,运行稳定,避免了光学轮盘调制方式的复杂结构,减小了开放式结构对探测器带来的不稳定影响。     

基于GWO-BP神经网络补偿的SF6红外气体传感器

为实现电力系统中SF 6气体的有效监测与控制,本文基于非色散红外原理(NDIR),设计了一种SF 6气体传感器。但是,在实际的测量中,环境的温度与气压差异性容易影响SF 6气体浓度检测装置的检测精度,因此需要采取适当的方法消除环境引起的测量误差。本文采用灰狼智能优化算法—误差反向传播(GWO-BP)神经网络对环境温度与气压变化引起的测量误差进行了补偿,并与其他补偿方法作了比较。分析得出:进行补偿后的浓度数据在0~2000 ppm范围内误差为±15 ppm,满量程误差为0.75%FS,有效提升了传感器的测量精度与稳定性。相较于电路补偿法,该方法有更高的测量精度,并且降低了传感器的体积和成本。     

中红外差分式CO检测仪的设计与实验

CO分子在4.6 m具有最强吸收峰,以此作为气体吸收的中心波长,结合光源EMS200光源的发光特性,设计开放式的球面反射镜气室,采用单探测器双通的结构,研制了一种中红外差分式CO检测仪。利用模拟混合气站配备标准的CO气体浓度,对该仪器的相关性能开展研究。研究表明:仪器分辨率为20 ppm（1 ppm=10-6）,最低检测下限为18 ppm。CO浓度在30~1 500 ppm范围内,其测量误差不超过8.5%。与激光光谱技术的CO检测仪相比,该系统采用脉冲红外热光源,其性价比高;采用开放球面反射镜气室,光路简单易于实现。所以该CO检测仪在煤矿开采、环境监测、石油化工等领域具有较高的实际应用价值。     

低功耗室内甲醛监测仪的设计

为实现对室内甲醛气体浓度的监测,设计了一种由单片机控制的低功耗甲醛监测仪。系统采用飞思卡尔针对低成本应用领域开发的8位单片机MC9RS08LE4对微电流放大器采集的甲醛信号进行处理。为了提高测量精度,利用分段线性插值的方法对数据进行校正。该监测仪器具有体积小、检测方便及操作简单的特点,可以广泛的应用到室内空气中甲醛含量...     

基于Fast ICA及神经网络的机动车尾气NO和NO2定量分析研究

机动车尾气对环境的危害日益加重,机动车尾气排放浓度的检测对大气污染治理具有重要意义。设计了基于非分散紫外的机动车尾气NO、NO2浓度检测系统,搭建了实验装置,获得NO、NO2混合气体的吸收光强后,利用快速不动点(Fast ICA)算法和人工神经网络模式识别算法对机动车尾气排放NO、NO2组分进行定量分析。实验结果表明,利用所设计的算法对600 ppm以内的NO气体和200 ppm以内的NO2气体浓度进行测量,其相对误差最大为1.54%,最小为0.25%。     

机动车尾气碳氧化物检测中的非线性修正方法

机动车运行工况复杂多变, 排放的尾气成分浓度范围跨度大。利用常规光学方法检测尾气中污染成分的浓 度时, 由于受限于光学气池的结构固定和系统对光电微弱信号的检测极限, 因此待测气体的量程和精度范围都受到 很大限制。基于朗博比尔定律, 在待测气体浓度变量上增加指数因子修正, 可以在不降低测量精度的同时, 实现尾气 CO、 CO2 大量程检测。用标准气体对便携式机动车尾气检测装置进行标定实验, 结果表明, 传统的线性修正方法得 到的 CO 拟合度为 0.988, CO2 拟合度为 0.998; 而增加了非线性修正因子后得到的 CO 拟合度为 0.999, CO2 拟合度为 0.999。进一步外场对比实验表明, 修正后的仪器测量结果与同类先进仪器的一致性较好, 柴油车实验拟合度为 0.93, 汽油车拟合度为 0.95, 验证了非线性修正方法的必要性和实用性。     

以干扰光谱做内部标准的乙醇激光遥测技术

乙醇是具有宽带吸收特征的大分子挥发性有机物气体,其宽带吸收受空气背景光谱的干扰,这给遥测带来了极大的困难。文中提出通过准确测量干扰光谱、用干扰光谱作为差分吸收谱内部标准的宽带谱气体分析方法,修正光谱分析系统可能的基线偏移和非线性,该方法成功应用于乙醇气体的激光遥测。针对乙醇的近红外特征吸收（7180 cm?1）,在实验室条件下,以近红外DFB激光器构建了开放式的遥测实验系统,测量结果表明乙醇浓度测量误差小于3.5 ppm,由Allan方差评价结果表明在积分时间15.1 s时,检测限2.6 ppm,比目前报道的最低检测限低近2个数量级。实现了乙醇的高灵敏开放光程遥测,为进一步研制小型化的乙醇气体遥测系统奠定了基础。     

Design and implementation of differential mid-infrared carbon monoxide detector

Based on wide-band infrared(IR) light source and dual-channel pyroelectric detector with detection channel of 4.66 μm and reference channel of 3.95 μm,a differential mid-infrared(MIR) carbon monoxide(CO) detector is designed and implemented.In order to reduce the detection limit and improve the detection sensitivity,an open spherical mirror chamber is designed and fabricated according to the divergence angle of the light source.The CO detection system is established using the welded and debugged detection circuits,a series of CO gases with different concentrations are prepared,and gas concentration calibration experiment is carried out.Experimental results indicate that after the amplifying circuit,the signal-to-noise ratios(SNRs) of the two channels are 17.58 dB and 18.46 dB,respectively,and the detection error of this system is less than 9% in 0%-4% measuring range.The detection sensitivity in the low concentration range is approximately 0.05%.6 h measurement on the 0 ppm sample gas shows that the fluctuation range is about ±0.02%,and the measurement standard deviation is about 0.89%.     

基于误差估值累加开环校正的诱导式欺骗检测方法

诱导式卫星欺骗干扰可诱导航空器逐渐偏离预定航迹，难以被发现，因此及时有效地检测干扰是飞行安全的保障。在现有紧组合导航体制基础上，设计了一种基于误差估值累加开环校正的紧组合导航结构，并证明了其性能与传统闭环校正紧组合导航性能等效。在此结构中，将紧组合导航系统与自适应序贯概率比检测方法结合，提出了一种基于误差估值累加开环校正的诱导式欺骗检测方法，融合紧组合导航信息与其他不受欺骗影响的导航信息，构建欺骗检测统计量进行诱导式欺骗检测。仿真结果表明，开环校正结构可避免随时间累加的惯性导航系统误差所导致的组合导航滤波器发散问题，同时欺骗检测方法可进一步提高算法对“最坏”情形下微小诱导式欺骗的检测效果。     

应用于油田伴生气H2S气体检测实验研究

为了准确检测油田伴生气中微量H2S气体的含量,设计一种模拟油田伴生气中微量杂质气体H2S的在线实时分析系统,能够为油田伴生气回收利用工艺的改进和制定提供依据。该系统基于可调谐激光吸收光谱技术和波长调制技术,利用可调谐的分布反馈式激光器、锁相放大器,结合改进新型Herriot气室、InGaAs探测器,实现了模拟油田伴生气中微量气体H2S的实时在线监测。为消除背景气体CH4以及其他杂质气体的干扰,开展RBF和经典BP神经网络的对比实验。通过模拟混合气站配备多种不同浓度的H2S标准气体测试系统,实验结果表明,在强大背景气体的干扰下,该系统可达到的H2S检测下限为1.2 ppm;在抗干扰方面,与经典BP神经网络相比,RBF神经网络具有很强的优势,其预测误差小于10-10。另外,该系统还具有较高的检测精度和强鲁棒性,在油田伴生气中微量气体的检测领域具有很强的适用价值。     

能量重心校正法在提高激光多普勒测速精度中的应用

多普勒效应可以用于激光雷达对目标速度的探测,在处理探测信号的频谱时,由于栅栏效应的存在,会导致离散多普勒频谱和真实速度之间的偏差。在雷达测速系统中运用能量重心校正算法来对离散频率进行校正,从而达到提高测速精度的目的。实验结果表明,该雷达测速系统的探测精度优于厘米每秒量级。     

北斗反射信号海风海浪反演系统与试验

该文设计并实现了一种小型低功耗的北斗反射信号海风海浪反演系统,针对反演精度受卫星高度角影响较大的问题,提出高度角正弦值幂指数修正方法,且为降低风速突变对风速反演的影响,对风速反演模型进行了延时修正,有效提高了有效波高和风速的反演精度。为了进一步提高反演精度,提出多星联合观测和单边滤波的方法。北斗反射信号海风海浪探测试验结果表明:设计和实现的反演系统具备长期稳定运行和观测的性能;提出的反演模型和精度提升方法可以有效提高反演精度,有效波高和风速反演精度分别可达0.14 m和1.28 m/s,相比于Soulat等人提出的反演模型,分别提高了0.13 m和0.78 m/s。     

CO and CO2 dual-gas detection based on mid-infrared wideband absorption spectroscopy

A dual-gas sensor system is developed for CO and CO2 detection using a single broadband light source, pyroelectric detectors and time-division multiplexing (TDM) technique. A stepper motor based rotating system and a single-reflection spherical optical mirror are designed and adopted for realizing and enhancing dual-gas detection. Detailed measurements under static detection mode (without rotation) and dynamic mode (with rotation) are performed to study the performance of the sensor system for the two gas samples. The detection period is 7.9 s in one round of detection by scanning the two detectors. Based on an Allan deviation analysis, the 1σ detection limits under static operation are 3.0 parts per million (ppm) in volume and 2.6 ppm for CO and CO2, respectively, and those under dynamic operation are 9.4 ppm and 10.8 ppm for CO and CO2, respectively. The reported sensor has potential applications in various fields requiring CO and CO2 detection such as in the coal mine.     

红外光幕靶信号采集与调理电路设计

针对PDF文件的特点,应用pdfbox开源库对PDF文件进行解析,去除PDF文件的文件头、交叉引用表以及文件尾等额外的文档描述信息得到目标信息。在研究不确定性理论的基础上,确定初始证据各种特征的可信度计算方法．通过推理网络及证据理论的推理算法,得到各个证据的可信度,最后比较各个证据可信度,对论文元数据进行抽取。实验表明,各类元数据的查全率都在87％以上,查准率都在92％以上,与常用的正则表达式方法相比准确率提高了10％以上,大幅提高了工作效率。     

Local outlier factor algorithm based on correction of bidirectional neighbor

A local outlier factor algorithm based on bidirectional neighbor correction was proposed to solve the problems of existing outlier detection algorithms such as difficulty in parameter selection,poor efficiency and low accuracy.The bidirectional neighbor searching algorithm was used to reduce the neighbor search time.Then the bidirectional neighbor pruning algorithm was used to reduce the number of parameters and unnecessary calculations.And the correction factor based on bidirectional neighbors was used to improve the calculation accuracy.Experimental results show that the proposed algorithm has better performance in parameter selection and time efficiency than other outlier detection methods.The correction factor improves the accuracy of the algorithm,in the synthetic data set and UCI data set.     

RFID多频点联合测距系统中的信号检测方法

主要研究射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)多频点联合测距系统中如何检测标签反射信号以及如何提高信道估计精度的问题.首先,提出了一种标签反射信号的检测方法,利用标签反射信号的功率谱特性,通过分析接收信号的能量谱,识别标签反射信号得到识别信号,再利用能量检测方法对识别信号进行范围限制得到检测信号;然后,改进RFID的传统信道估计方法,以提高信道估计精度;最后,搭建了多频点联合测距系统以验证系统性能.实验结果表明,该系统具有较高的检测效率;经改进的信道估计方法能有效减小载波相位的方差;系统平均测距误差约为2.5 cm,实现了厘米级测距.     

多光谱偏振大气探测系统定标处理

偏振探测系统定标对于大气探测有着重要意义,是基于偏振探测的大气参数高精度反演的必要基础。中科院安徽光机所研制了星载大气同步校正仪的航空样机,它是一种多光谱偏振探测设备。利用该仪器可获取多光谱偏振信息,从而反演出与遥感成像时空同步的大气参数,实现大气校正。该仪器的定标处理对于准确获取大气参数至关重要。针对大气校正仪多通道偏振探测的特点,设计了定标方案。通过光谱定标、辐射定标和偏振定标,获取探测系统的Muller矩阵,建立仪器各通道探测值DN与斯托克斯参量间的联系,从而为系统的实际应用,提供重要基础。