镀有敏感膜的长周期光纤光栅NO气体传感特性

为提高长周期光纤光栅(LPFG)化学传感器检测折射率小于1.4介质时的灵敏度,实现对一氧化氮(NO)气体的高灵敏度检测,采用在常规长周期光纤光栅包层外镀上折射率大于包层折射率的SiO2-WO3薄膜的方法,运用四层阶跃折射率耦合模理论,分析长周期光纤光栅谐振波长的光谱特性.当膜厚为最佳值时,谐振波长变化率最大,灵敏度最高.在室温下,用镀有不同膜厚的传感器检测体积分数为2%的NO气体.结果表明,只有镀3层膜的传感器谐振波长红移4.77 nm,灵敏度达3%,元件响应时间10 s,恢复时间20 s,其他膜厚的传感器谐振波长没有变化.     

非均匀介质薄膜反射率的角度依赖特性

基于半无限分层介质模型,讨论了具有一定折射率分布的非均匀介质薄膜反射率对入射光的角度依赖关系,得出了其光强反射率公式.在此基础上,通过数值模拟给出不同参数下非均匀介质薄膜的反射率随入射角的变化曲线.分析表明,反射率随入射角的增加呈现出先减小后增大的变化趋势.布儒斯特角随表面折射率、底层折射率、有效深度的增加及膜层厚度减小而增加,随入射波长的变化可以忽略.对于同一入射角,薄膜反射率随薄膜分层厚度增加以及表面折射率、底层折射率和有效深度的减小而减小.     

利用光纤干涉仪测量滑动轴承润滑油膜厚度

滑动轴承润滑油膜的状态,对设备的正常运转是至关重要的.光纤传感技术的发展为润滑油膜厚度的定量检测,开辟了一条新的途径.以润滑油膜厚度测量技术为研究对象,根据光纤迈克尔逊干涉仪原理,提出了应用光纤迈克尔逊干涉仪探测轴的位移来测量油膜厚度的方案并搭建了相应的实验台.经润滑油膜厚度测量实验,一些有价值的实验结果被采集以验证这一测量方案的可行性.结果表明,该测试系统不仅切实可行且反应灵敏、检测效果良好,能够应用到润滑油膜状态的智能监测中.     

基于金银复合膜的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器

为了优化基于D型光子晶体光纤单层金属膜折射率传感器的性能,提出了一种基于金银复合膜的D型光子晶体光纤表面等离子体共振(PCF-SPR)效应传感器.该传感器具有结构简单、灵敏度高、能有效减少银的氧化、半高宽窄等优点.利用有限元法对所提出的传感器结构进行了模态分析,以评估该传感器的各项参数.仿真结果表明：在纤芯小空气孔直径为0.20μm、大空气孔直径为0.75μm、气孔间距为2.00μm、金膜的厚度为15 nm、银膜的厚度为30 nm时,最大折射率灵敏度为6 400.00 nm/RIU,分辨率为1.56×10^-6 RIU;在相同结构中,相比于单层金膜的折射率灵敏度提高了120%,分辨率提高了95%.该传感器可应用于高灵敏度折射率传感或温度传感等领域.     

一种提高长周期光纤光栅生物包膜传感器性能的方法

基于耦合模理论和阶跃折射率单模光纤三层模型包层模理论,可在长周期光纤光栅(LPG)光纤包层外涂制特定的抗体作为生物活性膜层,并通过生物活性膜层折射率的变化来检验血液中是否存在对应的抗原。研究结果表明,当在LPG内部引入啁啾后,可提高LPG传感器的谐振波长偏移的灵敏度,但透射光强峰值会有相应的下降;随着啁啾参数的增加,透射光强峰值变化不大,谐振波长偏移随折射率的变化更为敏感。但当啁啾参数达到一定的量值时,这种偏移量相对较小。实验选用折射率同抗原、抗体接近的硅化膜作为成膜基底材料,基底膜层厚度可选择在约120nm,此时的波长位移线性度好,有利于实验中的测定。     

滑动轴承润滑油膜厚度光纤动态精密检测模型

为了实现滑动轴承关键参数润滑油膜厚度的精密动态检测,构建了基于双路光纤的油膜厚度动态精密检测模型,以对光纤传感器的非线性特性进行补偿并对油膜厚度动态信号中的噪声进行滤除。该模型系统集成强度调制式光纤检测技术、光强补偿技术、非线性校正与滤噪技术,由光纤传感器调制函数、调理电路、上位机处理3个模块组成,其原理与优势在于:基于光强调制原理实现了油膜厚度对接收光功率信号的调制;采用光强补偿技术有效消除了光功率波动及反射率变化对检测结果的影响;利用非线性校正与滤噪技术实现了光电信号与油膜厚度信号的精确映射。静态标定实验和滑动轴承油膜厚度动态检测实验结果证明了该模型的正确性。     

一维函数光子晶体的界面态

利用传输矩阵法,给出一维函数型组合结构光子晶体的匹配矩阵和传输矩阵,在此基础上研究一维函数光子晶体的界面态,并研究折射率端点值、介质厚度和入射角对界面态位置的影响.结果表明：在总阻抗虚部为0的位置出现界面态;对函数介质,当折射率的起始端点值增加时,界面态位置随带隙红移;当折射率的终点值增加时,界面态位置随带隙红移;当介质厚度增大时,界面态位置随带隙红移;当入射角增加时,界面态位置随带隙蓝移.因此函数型光子晶体可调节界面态的位置.     

可应用于四结砷化镓太阳电池的ZnS/MgF_2/SiO_2减反射膜的结构设计

在采用磁控溅射方法分别制备单层ZnS、MgF_2、SiO_2薄膜及表征其折射率基础上,以折射率逐渐减小的三层结构(HML结构)思想,采用TFC光学薄膜软件,设计并模拟了可用于四结砷化镓(GaInP/GaAs/GaInAs/GaInAs)太阳电池的三层ZnS/MgF_2/SiO_2减反射膜系.并分析模拟了窗口层厚度、各膜层厚度和折射率以及光入射角对有效反射率的影响.结果表明:窗口层厚度、SiO_2的折射率和ZnS膜层厚度对有效反射率R_e的影响最为显著;在350~1 800nm宽波段,当窗口层厚度为83nm,膜系厚度分别为57nm、37nm和88nm,且光入射角为0°时,有效反射率Re最小可达3.38%.     

吸收介质中的费马原理和折射定律

通过定义复有效折射率,获得复光学路径长度,并利用费马原理研究了光在吸收介质界面的折射,获得光通过吸收介质界面时的折射定律。通过数值模拟计算可知：当入射角较大,且吸收介质的虚部较小时,传播的有效折射率可以用复折射率的实部代替计算;衰减的有效折射率随入射角的增大而变大,且虚部越大衰减的有效折射率也越大。     

限量供油条件下面接触润滑油膜特性

利用面接触润滑油膜测量系统,在限量润滑油供给条件下研究了润滑油膜特性.同时,定义了相对油膜厚度,即限量供油与充分供油条件下的油膜厚度之比,用于表征限量供油下润滑油膜承载力的变化情况.结果表明,在限量供油条件下,随着玻璃盘的速度增大,油膜厚度先增加,随后,乏油的出现使得油膜厚度几乎保持不变.由于在润滑轨道上没有充分的润滑油回充,润滑油的黏度和回流时间对润滑膜的形成影响很大.只有当乏油变得严重时,入口乏油区才会承受一定载荷.     

基于油润滑条件下的纳米单元表面优化作用机理

依据摩擦化学反应和作用模型的建立，研究了油润滑介质中纳米单元表面优化作用机制，认为纳米粒子油润滑表面优化行为是以下途径共同作用的结果：摩擦副表面短程作用力导致摩擦副近表面纳米粒子在表面富集，使表面润滑层(膜)的厚度增加、强度增大；表面富集的部分纳米粒子在摩擦条件下发生摩擦化学反应，生成新的化学转移膜；纳米粒子在摩擦过程中填平、抛光表面等。     

长周期光纤光栅薄膜传感器研究

采用耦合模理论建立了长周期光纤光栅薄膜传感器的理论模型,分析了其传感机理,并进行了实验研究,给出了初步的气敏实验结果．研究结果表明,光纤光栅包层外所镀敏感薄膜的光学参数(厚度和折射率)与传感器的灵敏度高低有直接关系,传感器的结构优化非常必要．长周期光纤光栅薄膜传感器具有薄膜传感器和光纤传感器的优点,具有广阔的应用前景．     

用于硝酸根浓度测量的反射式光纤SPR传感器

提出一种反射式光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)传感器用来测量硝酸根浓度.传感器采用反射式结构,并利用金膜来激发SPR.制备铜纳米粒子/碳纳米管(copper-nanoparticles/carbon-nanotube, Cu-NPs/CNT)膜作为硝酸根浓度测量的敏感膜.当溶液中硝酸根浓度发生变化时,吸附在CNT上的由铜催化产生的氨气的浓度也会随之改变,导致CNT折射率发生改变,从而使SPR谐振波谷发生移动,进而实现硝酸根浓度测量.实验结果显示该传感器在低浓度区间内的平均灵敏度达到了14.14nm/lg［c/(mol·L^-1)］.这种传感器易于封装,可以应用于远距离测量,将在生物化学参量测量方面有着潜在应用.     

柴油机缸内机油消耗量的仿真计算及影响因素分析

为了降低发动机的机油消耗量,分析了发动机缸内机油消耗的4种主要模式,并以某柴油机为例,通过仿真的方法对某些常用工况下这4种模式的机油消耗量进行了计算,发现其中缸壁蒸发的机油量占了大部分.然后分析了柴油机不同运行工况、第2道活塞环闭口间隙及各道活塞环切向弹力对机油消耗的4种模式的影响规律.结果表明,缸壁蒸发量主要由发动机运行工况决定;第2道环闭口间隙的增大会降低顶环开口窜油量和增大漏气量;活塞环弹力的增加会减小剩余油膜厚度,进而降低顶环甩油及活塞顶刮油量,但同时会增大活塞环与缸套之间的摩擦损失.最后进行了柴油机台架机油消耗量实验,一定程度上验证了仿真计算结果的正确性.     

基于极化不敏感超材料的类电磁诱导透明特性研究

设计了一种由4条金属直线和1个圆环构成的类电磁诱导透明超材料，当电磁波垂直入射到该超材料表面时，其具有水平极化和垂直极化不敏感特性。仿真了超材料的传输曲线特性，以及其表面电流分布特点，计算了相位传输曲线和群折射率，并对其介电常数传感特性进行了分析。计算所得群折射率最大值可达380，说明该超材料可用于制作慢光器件。用于制作传感器时，其D_FOM值约为20.13，与前人所设计的传感器相比，具有较高的灵敏特性。研究结果表明，该超材料在制作慢光器件和传感器件方面具有一定的应用价值。     

Span60在石墨烯润滑油中分子行为及协同作用

石墨烯常被使用在润滑油中,以此提高油的润滑性能,但其在油中极易发生团聚,需要借助分散剂抑制团聚。石墨烯、分散剂及润滑油间分子行为可揭示分散机理、润滑机理及协同作用。本文采用对环境无毒无害的span60作为分散剂,基于分子动力学研究石墨烯润滑油添加span60前后的润滑性能变化,建立氮化硅-润滑油-轴承钢层结构模型,分析span60/石墨烯的含量比、工作温度、压强以及剪切速度等因素对润滑油膜在摩擦副表面吸附能、剪切应力以及形成的类固膜厚度的影响,并通过实验进行验证。分散剂span60与石墨烯在润滑油中起到协同效应,提高了润滑油在Si3N4-GCr15摩擦副表面的润滑能力。当span60/石墨烯含量比为7:1时,润滑效果最好;温度为373 K、压强为102 MPa、剪切速度为25 m?s-1时,润滑油润滑性能最好。添加适量span60可以有效解决石墨烯在润滑油中的团聚问题。石墨烯、分散剂及润滑油间的协同效应受温度、压强及速度的影响。     

齿轮润滑摩擦特性模拟试验台的研制

本文研制的齿轮润滑摩擦特性模拟试验台，可用来研究各种齿轮润滑油，在实际齿轮的不同加工精度下轮齿的摩擦特性，并具有结构简单、测试和读取数据方便，能同时模拟测试齿轮润滑在齿廓啮合过程中的摩擦力和油膜厚度变化规律等特点。     

利用单波长椭偏仪对各向异性薄膜光学常数和欧拉角的研究

基于椭偏测量原理和4×4矩阵法原理,提出了利用单波长椭偏仪在光轴平行于薄膜表面方向上测量各向异性薄膜的薄膜参数(包括双折射率、厚度及欧拉角)的方法.通过转动待测样品90°的方法,得到2组椭偏参数,利用反演算法对2组椭偏参数进行反演,得到各向异性薄膜的4个薄膜参数;采用数值模拟分析了入射角、薄膜厚度、欧拉角及其定位误差对测量结果的影响;实验测量了光轴平行于样品表面的各向异性聚酰亚胺薄膜样品在转动前后的椭偏参数,并进行反演.结果表明:该方法提出的算法反演稳定性好、精度高;该方法测得各向异性薄膜的寻常光折射率、非寻常光折射率、厚度以及欧拉角的精度分别达到0.000 1、0.000 1、0.1 nm及0.03°;寻常光折射率、非寻常光折射率、厚度的最大测量误差分别为0.001 2,0.004 4以及4.57 nm;该方法具有较好的测量稳定性、自洽性及可靠性.文中提出的方法具有测量过程简单、对实验仪器要求低的优点,拓展了单波长椭偏仪的测量范围,提出了各向异性薄膜参数的测量方法,具有实际应用意义.     

铝材冷轧中基础油的润滑作用及影响因素

从轧制变形区油膜的形成入手，研究了铝材冷轧中基础油的润滑作用及影响因素．结果表明：变形区油膜的形成及所处的润滑状态受基础油的类型、粘度、轧制速度及表面粗糙度的影响，变形区油膜厚度与润滑作用密切相关，但油膜过厚会导致磨擦因数过小，不利于添加剂作用的发挥和轧后铝板表面质量的提高．因此，变形区处于混合润滑状态时其参数为最佳