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一种局部受激布里渊光时域反射系统最优探测距离自动识别方法 被引量:1
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作者 陈奕 高波 +7 位作者 付林林 王笑微 朱海军 刘江涛 钟振涛 李拥政 郭林峰 徐小敏 《光子学报》 北大核心 2025年第3期43-56,共14页
工程使用中的分布式传感光缆的长度、种类和状态,以及布里渊光时域反射系统中光源器件的线宽、功率等参数都会影响受激布里渊散射阈值的大小,如何在各种不同的状态对应的受激阈值条件下,最大程度发挥系统检测性能,是紧凑型中低成本布里... 工程使用中的分布式传感光缆的长度、种类和状态,以及布里渊光时域反射系统中光源器件的线宽、功率等参数都会影响受激布里渊散射阈值的大小,如何在各种不同的状态对应的受激阈值条件下,最大程度发挥系统检测性能,是紧凑型中低成本布里渊光时域反射系统在工程应用中值得研究的问题。提出一种基于短时傅里叶变换的自动识别光纤沿线受激布里渊散射的光电路解调方案以及信号处理方法,以确定局部受激布里渊光时域反射系统最优传感距离。在实验中,对2000 m的光纤进行测量,设置脉冲宽度为20 ns,使用20 kHz的脉冲频率,识别到受激布里渊散射位置为1230.2 m,并通过布里渊频移实验数据验证了该方法的有效性。此外,还对不同脉冲宽度、频率和光纤长度进行了实验。通过实验研究进一步明确了紧凑型低成本局部受激布里渊光时域反射系统中传感光纤的有效受激区域和最佳传感使用距离,增强了布里渊光时域反射系统的工程实用性。 展开更多
关键词 分布式光纤传感 布里渊光时域反射 短时傅里叶变换 自发布里渊散射 受激布里渊反射
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激光诱导击穿光谱结合PCA-BP算法的荧光粉检测与识别 被引量:1
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作者 沈令斌 田丽萍 +1 位作者 田东鹏 刘玉柱 《激光技术》 北大核心 2025年第3期469-474,共6页
为了提高电子废弃物的分类回收利用效率,基于激光诱导击穿光谱技术和主成分分析(PCA)算法与反向传播(BP)算法,建立了一种电子荧光粉检测与识别系统来验证该系统的可靠性。以3种不同型号的荧光粉(CRT-B,P43和P47)为例,采用该系统获取荧... 为了提高电子废弃物的分类回收利用效率,基于激光诱导击穿光谱技术和主成分分析(PCA)算法与反向传播(BP)算法,建立了一种电子荧光粉检测与识别系统来验证该系统的可靠性。以3种不同型号的荧光粉(CRT-B,P43和P47)为例,采用该系统获取荧光粉样品在200 nm~890 nm范围内的激光诱导击穿光谱数据,完成了对光谱谱线校正和元素标定。结果表明,荧光粉CRT-B富含元素Zn、Al,P43富含元素Gd,P47富含元素Y、Si,P47中还检测到微量元素Ce;利用PCA算法分析光谱数据,前3个主成分的贡献率高达99.769%,3种荧光粉在空间中可以被清晰地分开;建立的PCA-BP神经网络模型对CRT-B、P43及P47荧光粉的识别率分别为99.8%、100%和100%。该研究结果对工业生产生活中电子废弃物的快速检测和回收利用是有帮助的。 展开更多
关键词 激光技术 荧光粉检测 高精度识别 激光诱导击穿光谱 主成分分析算法 反向传播算法
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溴乙烯在外电场中的解离性质研究
3
作者 周华森 韩博元 +3 位作者 努尔比耶·艾则孜 章吴熠 朱奕虹 刘玉柱 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第4期20-26,共7页
溴乙烯具有极高的毒性,它不仅会污染环境,还会损害人类的身心健康.因此,研究它的分子结构及其解离方式,不仅具有重要的科学意义,而且也具有极高的社会意义.本文采用密度泛函理论(DFT),以B3LYP/6-31G++(d,p)基组,深入探索溴乙烯分子在0 V... 溴乙烯具有极高的毒性,它不仅会污染环境,还会损害人类的身心健康.因此,研究它的分子结构及其解离方式,不仅具有重要的科学意义,而且也具有极高的社会意义.本文采用密度泛函理论(DFT),以B3LYP/6-31G++(d,p)基组,深入探索溴乙烯分子在0 V·nm^(-1)~80 V·nm^(-1)外电场的影响下,其分子结构和解离特性.通过计算,随着外电场的增强:分子总能量和碳碳双键(C=C)的键长减小,碳溴键(C-Br)的键长和偶极矩增大.能隙E_(G)先增大后减小,分子结构稳定性降低.红外光谱主要产生了6个特征吸收峰,且普遍存在红移现象.分子解离特性表现为:当外部电场强度升高时,势垒会显著减弱,直至达到154.26 V·nm^(-1)时,势垒就会完全消除,溴乙烯分子的解离能相应减弱,这表明,当外部电场强度升高时,溴乙烯分子会发生逐步的分解.因此,这一结论可以为进一步探讨溴乙烯分子和其相关的化合物的解离研究提供依据. 展开更多
关键词 溴乙烯 红外光谱 外电场 解离势能面 降解
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激光拉曼技术对二甲苯分子光谱性质研究
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作者 高文汉 蔡玉垚 +2 位作者 韩博元 冯骏 刘玉柱 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第2期332-336,共5页
二甲苯是大气污染的重要组成之一,其排放量随工业的迅速发展而急速上升。如何分辨二甲苯的三种同分异构体成为环境的检测要点。采用拉曼散射理论对二甲苯的三种同分异构体进行拉曼光谱探测实验,对其拉曼光谱进行分析以辨认二甲苯的同分... 二甲苯是大气污染的重要组成之一,其排放量随工业的迅速发展而急速上升。如何分辨二甲苯的三种同分异构体成为环境的检测要点。采用拉曼散射理论对二甲苯的三种同分异构体进行拉曼光谱探测实验,对其拉曼光谱进行分析以辨认二甲苯的同分异构体。探测系统为一台自行研制的拉曼光谱仪组成。采用单电子近似理论从头算法在HF/6-31+的基组上得到优化后的分子结构模型,以模型计算得到二甲苯的三种同分异构体的拉曼光谱,结合Gaussview 5.0软件,对二甲苯的三种同分异构体的特征峰振动做归属,实现二甲苯同分异构体的快速分辨。通过自行研制拉曼光谱仪开展二甲苯的特性研究,为二甲苯同分异构体鉴别提供了可靠依据。 展开更多
关键词 二甲苯 同分异构体 拉曼技术
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激光诱导击穿光谱技术快速探测煤灰中的重金属锌(英文) 被引量:4
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作者 周冯斌 刘玉柱 +5 位作者 丁宇 尹文怡 祝若松 张启航 金峰 章炎麟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1980-1985,共6页
煤灰的成分指的是煤中矿物质的完全燃烧,产生各种金属和非金属氧化物和盐,这是使用煤时的重要参数。煤被广泛用于生产和人民生活,作为重要的能源物质。大量来自燃煤燃烧的煤尘(煤灰)被释放到大气中并与大气中的各种物质相互作用而形成... 煤灰的成分指的是煤中矿物质的完全燃烧,产生各种金属和非金属氧化物和盐,这是使用煤时的重要参数。煤被广泛用于生产和人民生活,作为重要的能源物质。大量来自燃煤燃烧的煤尘(煤灰)被释放到大气中并与大气中的各种物质相互作用而形成雾霾。煤灰中的金属氧化物和空气中的小液滴之间发生一系列物理化学反应,这导致了雾霾的形成。在实验中,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)分析煤灰中的元素。实验样品由某钢铁公司提供,分为七个样品,并标上序号。样品分别加入蒸馏水和0.1‰,0.2‰,0.2%,0.4%,0.8%,1%硫酸锌溶液,分别用1~7号标记。为了获得更好的LIBS信号,样品被研磨为粉末状,并使用蒸馏水使硫酸锌与煤灰充分混合。通过使用压片机将煤灰压制成10mm直径和10mm厚的煤灰块。为获得准确的元素结果,X射线荧光光谱也被用作参考,并且原始样品不含锌元素。由于光谱分析和波长漂移现象的不确定性,因此实验中,分别选择了铁,钙,钛和铝四种高纯单质。在相同的实验条件下,将四条测量的元素谱线与NIST原子光谱数据库中相应的谱图比较。实验中的所有光谱根据波长差或偏移进行校正。此时,纯单质的元素谱线可以与样品的光谱对齐。当元素谱中的特征线与样品中的谱线对齐时,样品就可以被识别和确认。由于铝元素与目标元素具有相似的化学和物理性质,铝元素是煤灰和地壳中的主要元素之一,具有中等的光谱强度。因此将铝元素作为内标元素,运用内标校准方法来确定样品中锌的浓度。模拟含锌大气气溶胶是通过向煤灰中添加含锌元素来实现的。还有一些其他的金属元素,包括铁,钙,锰,钛和铝也被用来加入煤灰中,用以模拟大气气溶胶。两种方法的相对差异分别为1.78%,3.39%,5.17%,0.20%。造成差异的原因可能是由于光谱仪缺乏分辨率或背景噪声的影响,这是可能导致测量误差的原因之一。由于实验室条件的限制,无法确定基底是否会影响实验结果,这将在未来的实验中得到进一步的证实。实验拟合曲线测得煤灰中锌的线性相关系数为0.99572,这表明可以通过粗略估算锌的激光强度来估计煤灰中的锌含量的实现。实验结果证明LIBS技术可用于煤灰中金属元素的快速检测,为基于锌含量的大气环境检测提供了一种新方法。在建立元素的校准曲线后,LIBS技术将来可以用来进行更快速,更准确的定量分析。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 煤灰 重金属 气溶胶 定量分析
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LIBS和Raman光谱的VOCs在线探测 被引量:4
6
作者 陈庚胤 张启航 +5 位作者 刘玉柱 张程元喆 陈宇 陈国庆 韩博元 阿布力米提·布玛丽亚 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2729-2733,共5页
作为一种主要的大气污染物,挥发性有机物(VOCs)因其对大气环境极强的破坏性和生理毒性而受到广泛的关注,在线探测大气中挥发性有机物是一个极具挑战性的工作。将激光诱导击穿光谱(LIBS)与Raman光谱相结合,分别从原子发射光谱及分子结构... 作为一种主要的大气污染物,挥发性有机物(VOCs)因其对大气环境极强的破坏性和生理毒性而受到广泛的关注,在线探测大气中挥发性有机物是一个极具挑战性的工作。将激光诱导击穿光谱(LIBS)与Raman光谱相结合,分别从原子发射光谱及分子结构信息角度对挥发性有机物进行了分析。在线原位检测得到的LIBS光谱观测到了Br元素特征谱线及N,O和H等空气所含元素特征谱线。实验成功探测到了挥发在空气中的邻氟溴苯,对于大气中溴的探测及其相关反应机理研究提供了支持。对于高能激光作用下产生的CN和C 2自由基分子,具体分析了二者产生机理。激光脉冲使空气中的氮气和邻氟溴苯的苯电离分解,邻氟溴苯中的碳原子与空气中的氮发生反应,会形成高温的等离子体,其中的碳氮原子再重新自由组合从而形成CN自由基并自发辐射,通过光谱仪可采集到该自由基的自发辐射的分子谱。待测样品邻氟溴苯分子含有苯环,分子中存在多个碳原子。在强激光作用下邻氟溴苯分子发生光解离,易于形成C 2自由基分子,并辐射产生C 2自由基光谱。实验验证了C 2自由基来自于邻氟溴苯样品里的苯环基团。为增加对挥发性有机物分子结构信息的了解,Raman光谱在线探测的引入很有必要。在样品Raman光谱实验结果的基础上,结合了密度泛函理论(DFT)对其振动模式及分布进行了计算拟合,对其振动产生的特征峰进行了标定并获得了其特征光谱指纹。强度较高的4个峰(310,833,1036和1244 cm^(-1))是C—Br键及C—F键振动表征,特别是前二者(310和833 cm^(-1))显示存在溴、氟原子位移,可作为该分子的特征光谱指纹对其进行识别。实验证明,LIBS与Raman光谱相结合应用至VOCs的在线探测具有很好的效果,对相关探测工作具有重要参考价值。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 拉曼光谱 挥发性有机物
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利用激光诱导击穿光谱技术原位在线探测秸秆燃烧烟尘 被引量:1
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作者 丁鹏飞 刘玉柱 +3 位作者 张启航 颜逸辉 尹文怡 陈宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3292-3297,共6页
焚烧秸秆对大气环境具有很大的危害,燃烧过程中重金属元素会随着烟尘飘散到空气中,严重污染大气环境,探测随秸秆燃烧烟尘扩散到空气中的重金属元素具有重要意义。采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对秸秆燃烧烟尘进行原位在线探测,对其中... 焚烧秸秆对大气环境具有很大的危害,燃烧过程中重金属元素会随着烟尘飘散到空气中,严重污染大气环境,探测随秸秆燃烧烟尘扩散到空气中的重金属元素具有重要意义。采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对秸秆燃烧烟尘进行原位在线探测,对其中的重金属元素进行在线分析。实验仪器由Nd∶YAG单脉冲激光器(波长1064 nm,激光能量为290 mJ·pulse^-1,重复频率10 Hz),Avantes光谱仪(AvasSpec-ULS2048-4Channel-usb2.0,光谱检测范围200~890 nm,分辨率0.13 nm)、反射镜、聚焦透镜(焦距为150 mm)、时序发生器组成,光谱仪的延迟时间设定为6μs。激光器发射出的激光经反射镜与聚焦透镜聚集到烟尘中,并产生高温等离子体,经光谱仪采集信号获得LIBS光谱。实验样品为华东地区成熟水稻茎叶。首先对空气进行LIBS探测,可以从光谱图中观察到N,O,Hα和Hβ等元素,同一实验条件下再对烟尘进行LIBS探测并得到光谱图,观察到秸秆燃烧产生的烟尘中含有C,Mg,Ca,Mn,Na和K等元素,其中Mn为重金属元素,验证了LIBS探测秸秆燃烧烟尘中重金属元素的可行性。在烟尘光谱图中同时观察到CN分子(自由基)谱线的存在,秸秆燃烧过程中产生的CO 2分子在激光的辐射下与空气中的N 2发生反应生成CN分子(自由基),在同一条件下对激光焦点进行人工吹气,得到的光谱图中同样探测到了CN分子谱线。利用LIFEBASE软件拟合烟尘中的CN分子谱线,获得拟合数据,同时得到CN分子的振动温度为8000 K,转动温度为7700 K。制备含铅的秸秆样品,将相同质量的两份样品分别浸泡在不同浓度的乙酸铅溶液中,并进行烘干处理。对两种样品进行LIBS探测并得到光谱图,通过对比含铅秸秆样品与原始秸秆样品,含铅秸秆样品的光谱图中多出波长为357.261,363.898,368.370,373.945和405.747 nm的五条谱线,与NIST数据库对比发现五条谱线都为铅元素的光谱线。以CaⅡ(393.329 nm)谱线为参考线对含铅样品的光谱图进行归一化处理,观察到含铅浓度高的样品光谱图中铅的特征峰值强度比含铅浓度低的样品光谱图中铅的特征峰值强度高,验证了激光诱导击穿光谱技术对秸秆燃烧烟尘中重金属元素的半定量分析的可行性。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 秸秆燃烧 重金属 元素分析
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利用局部受激散射提升布里渊光时域反射系统性能 被引量:5
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作者 陈映恺 乐晨 +7 位作者 郑永红 朱海军 钟振涛 刘江涛 刘阳 李拥政 郭林峰 徐小敏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期122-131,共10页
分布式光纤传感技术在工程领域中逐渐得到大规模应用,为了简化传感解调模式以提高光纤监测方案的工程便捷性和可行性,在降低光纤监测成本的同时提高监测的精度和准确性,提出了一种基于局部受激散射的布里渊光时域反射系统。在采取光纤... 分布式光纤传感技术在工程领域中逐渐得到大规模应用,为了简化传感解调模式以提高光纤监测方案的工程便捷性和可行性,在降低光纤监测成本的同时提高监测的精度和准确性,提出了一种基于局部受激散射的布里渊光时域反射系统。在采取光纤单端探测以满足工程便捷使用要求的基础上,利用连续泵浦光的自发布里渊散射与系统中的探测脉冲光作用,通过自发布里渊散射系统中产生的局部受激布里渊散射模式,来提升布里渊光时域反射仪的传感距离和测温精度。通过此方法,可使原低成本布里渊光纤传感系统在使用宽度为100 ns的常用探测光脉冲基础上,将2.7 km测温光缆的末端测温精度提升至±1.27℃,提升了283%,改善了系统的测温精度和传感距离,且该结构不额外增加运算时间及其他冗余光电器件。与传统相干探测结构相比,该系统为改善低成本建筑工地专用布里渊光时域反射仪的性能提供了一种途径,尽量满足当前阶段建筑工程领域对超低成本分布式光纤解调仪的应用需求。 展开更多
关键词 光纤传感 布里渊光时域反射仪 受激布里渊散射 测温精度 结构优化
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基于卷积残差注意力网络的高光谱图像分类算法 被引量:1
9
作者 涂兵 贺燕 +1 位作者 胡江红 陈云云 《信号处理》 CSCD 北大核心 2024年第3期428-439,共12页
基于卷积神经网络(CNN:Convolutional Neural Network)的高光谱图像(HSI:Hyperspectral Image)分类方法显著提高了分类性能,然而在获取深层语义特征方面存在瓶颈,且随着网络层数增加,计算成本明显上升。注意力机制允许网络集中注意力于... 基于卷积神经网络(CNN:Convolutional Neural Network)的高光谱图像(HSI:Hyperspectral Image)分类方法显著提高了分类性能,然而在获取深层语义特征方面存在瓶颈,且随着网络层数增加,计算成本明显上升。注意力机制允许网络集中注意力于特定区域或通道,提高对关键信息的感知,且有助于处理图像中的长距离依赖关系,促使网络同时获取局部特征和全局特征。因此,本文提出一种基于卷积残差注意力网络的高光谱图像分类算法。首先,设计了光谱-空间特征提取模块,使网络能够更全面地捕捉高光谱图像中的信息;其次,设计注意力增强骨干,通过注意力机制和残差网络的交互,更加关注重要的通道和特定区域,提高特征的判别能力并增强对空间信息的感知能力;最后引入注意力对比学习,增强样本类内间的关联度与类间的区分度。在三个公开的高光谱数据集上的实验结果表明,相较于已有代表性高光谱图像分类算法,所提方法的分类性能更优异。 展开更多
关键词 卷积神经网络 高光谱图像 注意力机制 残差网络
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锌的激光诱导击穿光谱与等离子体温度研究
10
作者 张兴龙 张启航 刘玉柱 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期587-594,共8页
金属锌的探测工作对于诸多领域有着重要意义。本研究采用激光诱导击穿光谱技术对锌进行了检测分析,标记出锌在200~895 nm波段内的31条特征谱线。并且在不同激光能量下进行了多次探测,发现激光能量对于锌谱线的相对强度影响显著。同时计... 金属锌的探测工作对于诸多领域有着重要意义。本研究采用激光诱导击穿光谱技术对锌进行了检测分析,标记出锌在200~895 nm波段内的31条特征谱线。并且在不同激光能量下进行了多次探测,发现激光能量对于锌谱线的相对强度影响显著。同时计算了不同激光能量下的等离子体温度,发现等离子体温度随着激光能量的增加而逐渐升高。此外,研究了离子线与原子线强度比和等离子体温度的关系,结果表明,锌的离子线与原子线强度比和等离子体温度之间呈正相关趋势。 展开更多
关键词 光谱学 等离子体温度 激光诱导击穿光谱 光谱分析
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莫尔条纹有效区域识别研究
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作者 曹子木 陈云云 蒋健 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第6期1197-1203,共7页
在莫尔层析技术的实际应用中,莫尔条纹有效区域的智能化识别是至关重要的一步。针对手动确定有效区域过程繁琐且不够准确的现状,提出了一种智能识别莫尔条纹有效区域的方法。首先,结合Otsu算法和数学形态学对莫尔条纹进行预处理;然后,... 在莫尔层析技术的实际应用中,莫尔条纹有效区域的智能化识别是至关重要的一步。针对手动确定有效区域过程繁琐且不够准确的现状,提出了一种智能识别莫尔条纹有效区域的方法。首先,结合Otsu算法和数学形态学对莫尔条纹进行预处理;然后,获取有无被测流场的直条纹和弯曲条纹的光强图像差值;最后,基于高斯拟合确定有效区域坐标。为了验证该方法的可行性和普适性,将其应用于不同流场结构、对比度和条纹宽度的莫尔条纹的实际有效区域识别,成功实现了自动、准确的莫尔条纹有效区域提取。该方法显著简化了算法结构,以较低的计算成本实现了莫尔条纹的精准可靠的有效区域识别。 展开更多
关键词 莫尔条纹 有效区域识别 OTSU算法 数学形态学
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MZI/FPI Fiber Optic Dual-parameter Sensor Based on a Double Cone and Air Cavity Structure(Invited)
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作者 YUAN Tingxuan ZHAO Lilong +5 位作者 REN Jianxin MAO Yaya ULLAH Rahat WU Xiangyu MAO Beibei XIA Wenchao 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期64-72,共9页
This paper proposes a Mach Zehnder/Fabry Perot Interferometer(MZI/FPI)fiber sensor based on Single-mode Fiber(SMF)and Hollow-core Fiber(HCF),which has high sensitivity to temperature and lateral loads.The proposed dev... This paper proposes a Mach Zehnder/Fabry Perot Interferometer(MZI/FPI)fiber sensor based on Single-mode Fiber(SMF)and Hollow-core Fiber(HCF),which has high sensitivity to temperature and lateral loads.The proposed device consists of two single-mode fiber cones formed by manually controlling the fusion splicer and an air cavity formed by fusing a section of hollow-core fiber.The structure of the sensor is a double cone cascaded air cavity.At the beginning of the design,we compared the basic transmission spectra of single cone structure and double cone structure experimentally,and therefore chose to use double cone structure and air cavity cascade.Light undergoes its first reflection at the first interface between the single-mode fiber and the air cavity structure,and its second reflection at the second interface between the air cavity structure and the single-mode fiber.The two reflected light waves produced by the two reflections form FP interference,which can be used to measure lateral loads.The transmitted light is excited through the first cone,and a portion of the core mode light is excited to the cladding,while another portion of the core mode light continues to propagate in the core.The light couples at the second cone,and the cladding mode light couples back into the core,forming MZ interference with the core mode light,which can be used to measure temperature.The use of hollow-core fiber to form an air cavity has little effect on transmitted light,while avoiding the problem of crosstalk in dual parameter measurements.By designing temperature and lateral load experiments,this article verifies the sensitivity characteristics of this sensor to temperature and lateral loads.A significant redshift phenomenon was observed in the temperature experiment.A significant redshift phenomenon also occurred in the lateral load experiment.Through wavelength demodulation,the experimental results show that the wavelength sensitivity of the sensor to temperature is 56.29 pm/℃in the range of 30℃to 80℃.The wavelength sensitivity of the sensor to lateral loads is 1.123 nm/N in the range of 0~5 N.In addition,we have prepared multiple sets of fiber optic sensors with this structure and conducted repeated experiments to verify that the sensing performance of this structure of fiber optic sensors for temperature and lateral load is relatively stable.Also,the different waist diameters of cones will have a certain impact on the transmission spectrum of MZ,while the length of the air cavity will also have a certain impact on the reflection spectrum of FP.This article lists some fiber optic sensors for dual parameter measurement of temperature and lateral load.Compared with the listed sensors,the fiber optic sensor proposed in this article has better sensitivity to temperature and lateral load.And the fiber optic sensor proposed in this article has a simple manufacturing process,low production cost,and good performance,which has certain prospects in scientific research and industrial production. 展开更多
关键词 Temperature Lateral load Fiber sensor Mach-Zehnder interferometer Fabry-Pérot interferometer
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一种减小光纤传感系统频谱噪声的信号处理方法研究
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作者 黄秋茗 乐晨 +4 位作者 朱海军 钟振涛 刘阳 李拥政 郭林峰 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第9期106-111,117,共7页
针对基于短时傅里叶变换的布里渊光时域反射仪(STFT-BOTDR)系统噪声频谱泄漏导致的布里渊频移误差问题,提出利用布莱克曼窗函数解决频谱噪声的信号处理方法。首先搭建STFT-BOTDR系统,采集到包含系统变频模块产生低频噪声的布里渊信号,... 针对基于短时傅里叶变换的布里渊光时域反射仪(STFT-BOTDR)系统噪声频谱泄漏导致的布里渊频移误差问题,提出利用布莱克曼窗函数解决频谱噪声的信号处理方法。首先搭建STFT-BOTDR系统,采集到包含系统变频模块产生低频噪声的布里渊信号,然后分别利用海明窗函数和布莱克曼窗函数解调的布里渊增益谱和布里渊频移分布。实验结果显示:利用布莱克曼窗函数比利用海明窗函数更能有效解决STFT-BOTDR系统中由于低频噪声发生频谱泄漏产生的谐波使布里渊增益谱失真的现象,减少布里渊频移的测量误差。实验表明利用窗函数解决系统频谱噪声的方法,在1.8 km的待测光纤上利用布莱克曼窗函数解调的布里渊频移分布测量精度达到1.4691 MHz,系统性能得到了提升,有利于加速低成本、中精度STFT-BOTDR系统的工程应用进程。 展开更多
关键词 短时傅里叶变换 布里渊光时域反射仪 频谱泄漏 布莱克曼窗函数 测量精度
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外电场对溴苯分子光谱特征影响的研究 被引量:4
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作者 陈宇 刘玉柱 +1 位作者 王兴晨 布玛丽亚·阿布力米提 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期3732-3735,共4页
芳香族化合物是一类广泛存在于自然界的性质稳定、具有很大毒性和致癌、致畸性的化学物质。其中,溴苯(C6H5Br)是破坏自然环境并对人类身体健康有严重威胁的有机污染物之一,研究外电场对溴苯光谱特征的影响在大气化学、燃烧化学、环境监... 芳香族化合物是一类广泛存在于自然界的性质稳定、具有很大毒性和致癌、致畸性的化学物质。其中,溴苯(C6H5Br)是破坏自然环境并对人类身体健康有严重威胁的有机污染物之一,研究外电场对溴苯光谱特征的影响在大气化学、燃烧化学、环境监测等领域有很广泛的应用。基于密度泛函理论(density functional theory, DFT),在BPV86/6-311G(d, p)水平上计算优化得到了不同外加电场(0~0.03 a.u.)下,溴苯分子的红外光谱。并在此基础上,用同样的基组计算优化得到了溴苯分子的紫外-可见吸收(UV-Vis)光谱。在实际测量过程存在诸多困难,很难得到特定大小和方向电场下溴苯分子的红外光谱、 UV-Vis光谱等物理特性。研究表明:通过与实验值比较,基于密度泛函理论计算得到的溴苯的红外光谱和UV-Vis光谱具有很高的准确度和很好的分辨率,且包含的波长范围更广。因此这些结果可作为实验值的补充,为在理论上研究外电场对溴苯分子C-Br键振动频率、红外光谱和UV-Vis光谱的影响提供了新的方法和思路,具有很强的参考价值。无外电场情况下,由于C-H键振动,溴苯分子的红外光谱在频率为718 cm^-1处出现了最强吸收峰,在1 455 cm^-1处产生了一个仅次于最强峰的吸收峰。C-Br键在727和1 185 cm^-1附近有两个较强的吸收峰。随着外电场从0增大到0.03a.u., C—Br键的两个红外光谱特征峰均发生不同程度的红移且振动强度增大,部分C-H键振动也有类似的变化。电荷沿C-Br键从6C原子转移到Br原子,大大增强了Br原子的电负性, 6C原子的负电荷密度略有降低。因此, 6C原子和Br原子之间的库仑力增大,导致C-Br键红外光谱的振动强度增大。同时, UV-Vis光谱最强峰对应的波长从191.6 nm蓝移到187.4 nm,摩尔吸收系数从23 402.171增大到28 885.125。这些结果为研究溴苯在外电场下的光谱检测提供了理论参考,也对研究其他有机污染物的光谱检测方法有启示作用。 展开更多
关键词 溴苯 密度泛函理论 红外光谱 紫外-可见吸收光谱
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利用激光诱导击穿光谱原位在线检测褐煤及煤烟 被引量:5
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作者 刘娟 刘玉柱 +2 位作者 储晨曦 卜令兵 张扬 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期954-960,共7页
褐煤是我国现阶段的主要用煤,但因为其较低的煤化程度,使用时会产生污染环境的二氧化碳和黑灰,而且烟尘中含有的金属离子会危害人体健康,所以开展对褐煤烟尘的研究非常有意义。而激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有快速、多元素同时分析的... 褐煤是我国现阶段的主要用煤,但因为其较低的煤化程度,使用时会产生污染环境的二氧化碳和黑灰,而且烟尘中含有的金属离子会危害人体健康,所以开展对褐煤烟尘的研究非常有意义。而激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有快速、多元素同时分析的特点,适合用于煤烟的原位在线探测。实验制备了含铅浓度不同的三种褐煤样本(O,H,L),其中O为原始无铅样本,利用LIBS对褐煤及煤烟进行原位在线探测。实验仪器主要由激光器,反射镜,聚焦透镜,触发装置,载物平台和分析系统组成。用高纯度铅块校准实验中的的波长漂移。分析了褐煤样本O,H,L的元素成分。发现褐煤O中含有C,Si,Fe,Mg,Al,Ca,Sr,Na等元素,同时检测到空气中的元素N,O,H_(α)和H_(β)等,且含铅褐煤光谱中多出了8条铅元素的谱线,最后给出了褐煤中主要元素的光谱鉴别表。然后使用447 nm的连续光点燃褐煤,将1064 nm的脉冲光聚焦在煤烟上,对褐煤煤烟进行了原位在线检测。发现煤烟中含有Mg,Ca,Al,Sr,Pb等金属离子,说明了褐煤中的一些金属离子会随着煤烟排放到空气中并危害人体健康。经褐煤及煤烟的光谱比较,发现煤烟的信噪比更差,且所有元素的谱线强度都比在褐煤中弱很多,另外发现在烟尘中碳原子谱线的相对强度是所有元素中最高的(无明火),这说明LIBS可以有效探测CO_(2)。分析了实验中的CN分子谱,给出了CN分子的具体波长,并利用LIFBASE软件拟合了CN分子的转动温度和振动温度,分别为6780和7520 K。最后对样本H和L两种煤烟中的铅浓度进行分析,选取参考线(CaⅡ363.846 nm)归一化之后比较了铅元素在363.956,368.346和405.780 nm处的相对强度,发现这三条特征谱线的相对强度与自身实际所含的铅浓度呈很好的线性关系,验证了LIBS技术应用于煤烟中重金属元素半定量分析的可行性。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 褐煤燃烧 原位在线检测 重金属 元素分析
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不同外电场下对二甲苯结构和光谱特性研究 被引量:3
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作者 林华 刘玉柱 +2 位作者 何君博 葛英健 韩顺 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2018年第3期407-414,共8页
本文采用密度泛函B3LYP方法在6-311G++(d,p)基组上优化了不同外电场下(-0.025~0.025 a.u)的对二甲苯分子,得到了不同外电场下的键长,能量,电偶极矩和前线轨道等构型参数,并分析了上述参数随外电场的变化情况.之后在优化后基态的基础上,... 本文采用密度泛函B3LYP方法在6-311G++(d,p)基组上优化了不同外电场下(-0.025~0.025 a.u)的对二甲苯分子,得到了不同外电场下的键长,能量,电偶极矩和前线轨道等构型参数,并分析了上述参数随外电场的变化情况.之后在优化后基态的基础上,采用TDDFT/B3LYP/6-311++G(d,p)方法得出了不同外电场下(0~0.02 a.u.)对二甲苯分子的紫外可见吸收光谱,并探讨了外电场变化对对二甲苯分子前9个激发态的激发能,波长和振子强度的影响规律.这些计算结果为利用强电场降解有毒物质对二甲苯提供理论依据. 展开更多
关键词 对二甲苯 外电场 激发能 密度泛函理论
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激光诱导击穿光谱对农药气溶胶的在线监测 被引量:6
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作者 张兴龙 刘玉柱 +3 位作者 孙仲谋 张启航 陈宇 布玛丽亚·阿布力米提 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1711-1715,共5页
作为现代农业的重要工具,农药凭借其高效的灭病虫害能力在农业生产中应用广泛,然而其灭杀虫害的同时对大气环境和人体健康等方面也会造成危害。使用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对农药的气溶胶喷雾进行了在线探测,研究了使用LIBS技术对... 作为现代农业的重要工具,农药凭借其高效的灭病虫害能力在农业生产中应用广泛,然而其灭杀虫害的同时对大气环境和人体健康等方面也会造成危害。使用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对农药的气溶胶喷雾进行了在线探测,研究了使用LIBS技术对农药使用过程的实时监测。首先检测了清洁环境下的空气LIBS光谱,在空气的光谱中探测到大量的氮(N)、氧(O)原子发射谱,这个结果与空气成分是相吻合的;同时还观察到了氢(H)的两条巴尔默系原子谱线,这主要是来源于空气中的水蒸气。值得注意的是,在空气谱中还发现了两条氩(Ar)的原子谱线,这也表明LIBS技术在微量元素检测方面有着重大潜力。选用农药敌杀死作为研究对象,对其有效成分溴氰菊酯(C_(22)H_(19)Br_(2)NO_(3),CAS:52918-63-5)进行了LIBS检测。在溴氰菊酯的LIBS光谱中观察到了卤素元素溴(Br)的存在,标记出了两条Br的原子发射谱线(827.294和833.470 nm)。对农药样品进行探测时也发现了包括CN分子发射谱与C_(2)分子发射谱等大量空气光谱中没有检测到的特征谱线;同时还检测到了空气谱中没有观测到的元素纳(Na)以及钙(Ca);尤其是Ca,农药中不仅仅检测出了Ca的存在,而且相比于溴氰菊酯光谱中Ca谱线的能量以及数量都有着非常明显的上升。最后,实验中对CN分子的温度进行了研究;拟合得到溴氰菊酯与农药的CN分子的振动温度分别为8800和6200 K,转动温度分别为8600和5500 K。以上结果表明了使用LIBS技术对农药的在线监测是可行的,是有发展前景的。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 农药 敌杀死 溴氰菊酯
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溴乙烷在外电场下的光谱和解离特性(英文) 被引量:6
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作者 靳亚茹 刘玉柱 +4 位作者 段逸群 张翔云 尹文怡 林华 布玛丽亚·阿布力米提 《中国科学院大学学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2019年第6期839-843,共5页
溴乙烷在太阳辐射下解离生成溴自由基,破坏大气臭氧层,因此有必要采取措施对其进行降解。采用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31G+(d,p)水平上计算外电场(0~0.0285 a.u.)下溴乙烷的解离特性和光谱特征。计算结果表明,随着Z轴方向的电... 溴乙烷在太阳辐射下解离生成溴自由基,破坏大气臭氧层,因此有必要采取措施对其进行降解。采用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31G+(d,p)水平上计算外电场(0~0.0285 a.u.)下溴乙烷的解离特性和光谱特征。计算结果表明,随着Z轴方向的电场强度从0 a.u.增加到0.0285 a.u.,分子体系总能量逐渐减小。同时在这一过程中,能隙单调变小,偶极矩逐渐增大。计算的溴乙烷解离势能曲线显示,强度为0.030 a.u.的外电场将使C-Br键断裂。以上这些结果为溴乙烷进行电场降解提供了重要信息。 展开更多
关键词 溴乙烷 密度泛函理论 降解 外电场 红外光谱
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基于激光诱导击穿光谱的洋葱在线原位检测 被引量:4
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作者 孙仲谋 陈宇 +2 位作者 万恩来 俞文杰 刘玉柱 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2022年第3期86-91,共6页
激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)是一种分析多元素的光学技术,可用于新鲜蔬菜的快速检测.以洋葱为例,采用LIBS对其含有的元素进行了在线原位检测.用乙酸铅溶液污染洋葱以模拟大气湿沉降的重金属污染现象... 激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)是一种分析多元素的光学技术,可用于新鲜蔬菜的快速检测.以洋葱为例,采用LIBS对其含有的元素进行了在线原位检测.用乙酸铅溶液污染洋葱以模拟大气湿沉降的重金属污染现象,并进行重金属Pb元素检测.使用主成分分析(principal components analysis, PCA)和反向传播人工神经网络(back-propagating artificial neutral network, BP-ANN),以洋葱、大蒜、小葱为样品进行区分检测.洋葱光谱中的特征谱线包括Si、Fe、C、Mg、Al、Ca、Ti、Sr、Ba、Na、Li和K等元素,以及N、H、O的谱线和CN分子谱带.不同浓度梯度乙酸铅溶液污染的洋葱样品中都能检测出Pb元素,其相对强度与溶液浓度成比例.此外,PCA的结果表明洋葱、小葱、大蒜的区分效果明显,BP-ANN交叉验证的识别率为89.47%.结果证明LIBS在对元素进行快速分析时具有较好的识别能力,是检测新鲜蔬菜的有效手段. 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 在线原位检测 洋葱 主成分分析
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CF_3I分子在外电场中的物理和光谱性质研究 被引量:8
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作者 段逸群 刘玉柱 +3 位作者 李静 张翔云 秦朝朝 布玛丽亚.阿布力米提 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2018年第5期719-724,共6页
CF_3I是公认的用以代替SF6的新型环保绝缘气体,其在外电场中的具体性质的研究至关重要.利用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/DGDZVP基组水平上,从分子结构角度研究了CF_3I气体在外电场(-0. 02 a. u.~0. 02 a. u.)作用下的光谱特征和解离特性... CF_3I是公认的用以代替SF6的新型环保绝缘气体,其在外电场中的具体性质的研究至关重要.利用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/DGDZVP基组水平上,从分子结构角度研究了CF_3I气体在外电场(-0. 02 a. u.~0. 02 a. u.)作用下的光谱特征和解离特性.计算结果表明,沿C至I方向的电场增强时:C-I键键长单调增大,能隙E_g单调减小;分子总能量先增大后减小,偶极矩先减小后增大;费米能级EF单调减小,但当电场增至C至I方向0. 010 a. u.时,费米能级EF出现局部极大值.外电场对分子红外光谱的影响表现为:沿C至I方向电场强度增大时,四个振动频率红移(包括最高峰),其余两个蓝移.分子的解离特性表现为:沿C至I方向强度超过0. 025 a. u.的电场可使C-I键断裂.以上结果为CF_3I或其与其混合物在外电场下的特性研究提供了参考. 展开更多
关键词 CF3I 密度泛函理论 红外光谱 分子降解
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