宽量程微电流测量系统

宽量程微电流测量系统利用多增益前置放大器与可编程增益数据采集卡组成两级放大,通过PC机控制选择不同增益实现宽量程的测量,并对其噪声进行了仿真分析,提出了提高信噪比的措施.实验表明,该系统能对动态范围10-11~10-4A电流信号进行有效测量.     

弹光调制高灵敏测量晶体电光系数

为了实现对晶体电光系数高速率、高精度和高灵敏的测量,提出了一种基于弹光调制的电光系数测量新方案。运用低通滤波和数字锁相技术分别提取出调制信号的直流项和一倍频项数据,进而解调出晶体的电光系数。详细分析了该新方案的原理,搭建了实验系统,并对铌酸锂(LiNbO_3)晶体样品的电光系数进行了测试。实验结果表明,系统测量精度为2.3%,灵敏度为1.7×10~(-14) m/V,测量速率为每数据点100ms。     

调制磁场交流霍尔电压测量技术

霍尔效应测量伴随着多种副效应,直流换向法在变温测量中存在难以克服的技术缺点.采用调制磁场与交流样品电流测量技术,并选择后者频率为前者的整数倍.当数据采样历遍调制磁场完整周期时,实验结果等效于磁场和样品电流换向测量.利用数字锁相放大器对被测信号谐波分量离散傅里叶分析原理,实现调制磁场交流霍尔电压实时测量.实验说明调制磁场交流霍尔测量技术方案的合理性,进而由变温霍尔测量结果表明该方法的科学性.     

用于反应堆中子/γ 射线混合场测量的涂硼电离室性能

近年来,涂硼电离室已逐渐成为核反应堆周围大通量中子/γ射线混合场监测的辐射探测器之一. 研制了一种高灵敏度涂硼电离室,并给出了其内部结构.用fA级弱电流放大器测得: 当涂硼电离室的工作电压在700 V以下时,漏电流小于1.0 pA; 用Am-Be中子源辐照时测得涂硼电离室的电流曲线坪长为500 V, 坪斜为3.72×10^-4 V^-1;当涂硼电离室的工作电压为400 V时, 对应漏电流为0.4 pA.测试表明涂硼电离室中子信号电流与辐照源的相对位置有关, 将Am-Be中子源置于距石蜡慢化体底部8 cm时,测得中子信号电流最大值为2.0 pA. 用¹³⁷Cs和⁹⁰Sr辐照时测得涂硼电离室γ射线信号电流为 1.0---2.0 pA,但在γ射线场中坪特性不如中子场中坪特性明显. 电离室中子探测灵敏度达1.0×10^-15 Acm²s量级, γ射线探测灵敏度达9.0× 10^-22 Acm²s·eV^-1量级. 这种涂硼电离室漏电流小、灵 敏度高、坪特性好,可用于反应堆周围的中子/γ射线混合场测量.     

一种测量激光反射镜总积分散射的方法

本文提出测量激光反射镜总积分散射的一种方法。给出了用光调制弱信号同步锁相技术的一些实验结果。装置的检测灵敏度约10~(-5)。检测出高反介质膜板的总积分散射为1.5×10~(-3)。     

直接扣除法测量半导体光放大器频率响应

在光电子器件散射参量定义的基础上建立了基于直接扣除法的半导体光放大器频率响应测量系统,测量中通过扣除激光器和探测器系统的频率响应,得到放大器固有的频率响应。对InGaAsP体材料行波腔半导体光放大器样品进行了测量,得到了放大器在不同注入光功率和不同偏置电流下的频率响应曲线。这些曲线很好地反应了半导体光放大器的增益饱和和噪声特性,进一步分析发现半导体光放大器对低频调制信号的放大能力弱于对高频信号的放大能力,分析认为其原因在于半导体光放大器的载流子寿命有限导致低频信号长时间消耗载流子时,载流子数量无法及时恢复,从而使得增益降低。     

微弱电流高精度自动测量系统

为了实现辐射探测中对微弱电流信号的实时准确测量,设计了一套微弱电流测量系统。介绍了系统的工作原理,及I-V转换和放大单元的低噪声抗干扰设计、-△模数转换技术和单片机程序的设计。系统通过USB与计算机进行通信,计算机应用软件可以完成采集频率和量程控制、数据处理、显示和存储等功能。经过验证,该系统能满足10-13~10-3 A的大动态微弱电流测量,分辨力为四位半, 能自动量程判断,具有较高的精度和稳定性,已成功应用于辐射探测实验。     

基于PSpice的半导体激光高频调制系统设计

为了实现高频率的调制激光输出,设计了一种驱动系统由信号放大、电流调制、过流保护和具有慢启动功能的直流偏置电路高度集成的半导体激光高频调制系统。此系统采用了结构简单的直接调制方式,运用线性调频的高频信号去控制半导体激光器发射激光的强度,从而实现高频调制。在运用OrCAD/PSpice对高频调制驱动系统进行模拟仿真的基础上,最终研制出的半导体激光高频调制系统实现了频率为40.02 MHz、直流偏置为493.326 mA、正弦波调制电流峰峰值为850 mA的高频调制输出,调制激光平均功率为300 mW。     

锁相检测式二维小角度测量装置

介绍了一种新型的二维小角度检测装置。由于该装置采用了光电自准直结构,以高灵敏度的四象限硅光电探测器作为检测元件,采用交流调制,锁相放大的方法对信号进行了处理,所以有效地消除了直流漂移的影响,提高了稳定性和测试精度。分析了光斑的形状和大小对测试结果的影响,研制了专门的标定装置。首先由高精度的光电自准直仪标定测量角度与输出信号的关系,并将相关数据存入单片机,然后由软件拟合出关系曲线。测量时,既可自动显示角度的大小,同时也可以与计算机相连。该测试系统结构小巧,具有较高的测量精度。     

中红外量子级联激光气体检测系统

为了满足基于室温连续量子级联激光器(QCL)的中红外气体检测系统的需求,研制了板级量子级联激光器的驱动电路以及谐波锁相放大电路。通过信号发生电路产生高精度的直流偏置信号、低频锯齿波扫描信号和高频正弦波调制信号,控制激光器的工作电流,进而扫描/调制激光器的输出波长;为了探测痕量气体吸收光谱的二次谐波信号,并获得较高的信噪比,研制了锁相放大电路,主要包括倍频电路、正交转换电路和数据转换电路;为了提高系统的稳定性和可靠性,研制了高稳定性的线性供电电路以及保护电路.采用中科院半导体所研制的波长为4.76μm的QCL作为光源,开展了电学系统的功能验证实验以及气体检测实验.实验结果表明:QCL驱动电路线性度为0.006 3%,长期电流稳定度为5.0×10~(-5),QCL光强稳定度为5.07×10~(-4);锁相放大器系统具有较高的稳定性和较低的误差,一次谐波的最大误差在2.4%以内,二次谐波的最大误差在5.5%以内.通过动态配气方式开展了低浓度一氧化碳(CO)气体检测实验,在0~100×10~(-6)范围内,二次谐波信号的幅值与CO气体浓度具有较高的线性度(拟合优度0.99),表明所研制的电学系统具有良好的稳定性和可靠性,为中红外CO气体的检测提供了安全可靠的保障.     

The mechanism of detection of air pollution by an ionization chamber

The mechanism of detection of chemical vapors in air by an ionization chamber supplied by DC and AC voltage has been described. The theoretical explanation is based on numerical solutions of the differential equations of the cylindrical ionization chamber. The current of the ionization chamber operating in the AC regime has two components: a conductive component, caused by the ions drifts, and a capacitive component, caused by the distortion of the electric field. The ionization chamber operating in the DC regime has only the first component; hence the AC supplied chamber has larger response than the DC supplied chamber.     

The Mechanism of Detection of Air Pollution by an Ionization Chamber

Abstract

The mechanism of detection of chemical vapors in air by an ionization chamber supplied by DC and AC voltage has been described. The theoretical explanation is based on numerical solutions of the differential equations of the cylindrical ionization chamber. The current of the ionization chamber operating in the AC regime has two components: a conductive component, caused by the ions drifts, and a capacitive component, caused by the distortion of the electric field. The ionization chamber operating in the DC regime has only the first component; hence the AC supplied chamber has larger response than the DC supplied chamber.     

基于LabVIEW的高温超导电缆测试平台的设计

为了进行高温超导电缆直流性能测试实验和长时间交流运行实验,开发了基于LabVIEW的高温超导电缆测试平台。该测试平台由PXI系统和标准程控仪器测试系统两部分组成。其中,PXI系统用于温度和交流信号的采集;标准程控仪器系统负责微弱直流信号的测量。平台可实现对各参量的采集、波形显示、数据保存以及历史数据查询等功能。     

磁场电流稳定器

论文中所叙述的磁场电流稳定器是β谱仪的一部分。基本上它也能应用在其他需要稳定电流的仪器上。它能控制的电流最大可到100安。稳定的程度是在10分钟内电流的变动不超过0.02％。稳定器采用负反馈伺服控制原理。首先将通过标准电阻的直流电流的误差讯号加以放大。为了避免直流电压放大器的漂移效应,我们桥式式平衡调制器将直流讯号变成交变讯号后再用交流放大,然后用相灵敏解调器恢复直流讯号。在这一过程中需要的增益大约是2×10⁴,我们要考虑到调制器输出点在没有讯号输入时零电位的保持,调制器的载波成分输出问题,和经过放大后调制输出讯号的波形畸变。我们把放大后的讯号再加以功率放大来控制直流发电机的激励磁场,这样就能达到稳定电流的目的。因为在系统中存在着电容和电感,讯号在系统中傅递时就有时间延迟,在闭环系统就会产生低频振荡的不稳定现象。所以在系统中安装抵消这种振荡的镇定网络也是一种必要的措施。论文的最后部分描述稳定器的部件,具体的安排,运转结果和性能。     

低电压下氮气放电的发射光谱分析

建立了一套直流放电产生氮气等离子体装置,该装置以碳纳米管修饰ITO电极为阳极,铝平板为阴极,两极间距~80 μm。在室温低电压(低于150 V)对氮气进行气体放电,利用发射光谱法对氮气放电过程中的活性物种进行了诊断研究。在直流电压下,观测到氮气发射光谱中能量最强最清晰的谱带N₂(C3Π_u),强度比较弱的Gaydon’s Green带系N₂(H₃Φ_u-G3Δ_g),以及820 nm附近氮原子的发射谱线(4p-4p0),发现氮分子的亚稳态是导致一系列激发态氮原子和氮气电离的主要因素,与交流电下(1.1 kV)产生的发射光谱相比,直流电下氮原子谱线光谱较强,且在500~800 nm范围检测到一个宽的分子谱带。考察了氧气与氢气对氮气发射光谱的影响,氧气对氮气的激发态有猝灭作用,使氮气发光强度降低,但其发射光谱图的谱型相似,都检测到氮气的第二正带系、Gaydon’s Green带系及氮原子谱线。当氮气与氢气的体积比为1∶1时,氮气的第二正带系及Gaydon’s Green带系都会受到很大的影响,说明加入的氢气可抑制氮等离子体激活,导致氮气的发光强度明显减弱,Gaydon’s Green System消失不见。碳纳米管修饰的ITO电极能使击穿电压降低,在10 V的低电压下,通过光电倍增管可观察到气体弱电离产生的光信号。     

AC-induced DC voltage in HTS coil

The interplay between AC and DC currents in a High-T_c Superconducting (HTS) coil, made of multifilamentary silver-sheathed Bi-2223 tape, was investigated. We observed that the application of a small sinusoidal current in the frequency range of 50–500 Hz into the coil, while it is already carrying a DC current in the range of 16–22.5 A, caused an increase in the coil DC voltage. The DC voltage increment due to the AC signal is found to increase linearly with frequency and quadratically with amplitude. The DC voltage increment increases as the coil current grows towards its critical value of 22.2 A. This result may be important in some power applications such as fault current limiters (FCL) and superconducting magnet energy storage (SMES) based on HTS coils.     

微陀螺滑模控制器中的积分算法设计（英）

为了去除不定积分环节产生的直流偏置项,提出了一种基于一次移动平均法的改进积分算法。利用一个整数周期的积分信号值构成一个集合,计算出集合的算术平均值作为瞬时直流偏置,将原积分信号减去该直流偏置,最终可得到无直流偏置项的积分信号。为实时更新直流偏置,在每个时钟上升沿将一个积分信号的新采样值加入集合尾部,并去除集合首部的数值点,从而确保集合长度维持固定值并能实时反映出最新的直流偏置。以FPGA为信号处理平台,采用Modelsim仿真和实验测试相结合的方法验证了该算法的可行性。该方法已成功用于电磁式微陀螺仪的滑模控制器之中。同已有方法相比,该积分算法复杂度低、实时性好、易于实现。     

Simultaneous XAFS measurements of multiple samples

A four‐channel ionization chamber has been designed, constructed and tested. This ionization chamber allows X‐ray absorption spectra to be collected in transmission from up to four samples simultaneously. This results in spectra that are free of systematic uncertainty in relative energy alignment introduced by scan‐to‐scan stability of the monochromator or of numerical uncertainty associated with a post‐processing alignment algorithm, allowing, in a single shot, an absolute measure of edge shift between four samples of different valence. As four samples can be measured in parallel, the time expended over the course of an experiment to cycle the measurement environment between its rest state and the measurement condition is substantially reduced. The ionization chamber is simple in design and could be implemented at virtually any XAFS beamline with a horizontal fan of radiation such as that provided by a bend magnet or wiggler.     

Modulation effect produced by adjacent AC voltage on the characteristics of negative corona current pulses in a wire-cylinder electrode configuration

In this paper, a wire-cylinder electrode system was designed to study the negative DC corona pulses due to the influence of AC voltage applied to an adjacent conductor. The corona onset voltage and distribution pattern and the parameters of the corona current pulses such as the rise time, pulse duration and the average pulse amplitude are systematically analyzed. The AC voltage is found to have an interesting modulation effect on the time interval of the current pulses. At last, based on a simplified ion cloud model, a full explanation is given to reveal the mechanism behind the influence of the AC voltage on negative DC corona.