基于S型微纳光纤的声带振动传感器及语音智能识别研究 被引量：1

1

作者 王智君 黄嵊釉 +5 位作者 李昆 杨杨 陈复旦 罗彬彬 吴德操 邹雪 《光子学报》 北大核心 2025年第5期21-32,共12页

使用聚二甲基硅氧烷作为传感器衬底嵌入直径为4μm,弯曲半径为1 mm的S型微纳光纤,研制了一种可穿戴的声带语音识别柔性传感器。该传感器通过人体发声时声带产生振动引起传感器的光强度变化将其转变为电信号的变化从而可以实现声带振动... 使用聚二甲基硅氧烷作为传感器衬底嵌入直径为4μm,弯曲半径为1 mm的S型微纳光纤,研制了一种可穿戴的声带语音识别柔性传感器。该传感器通过人体发声时声带产生振动引起传感器的光强度变化将其转变为电信号的变化从而可以实现声带振动信号的识别。利用目标检测算法模型对26个英文字母的识别率为96.8%,对日常词汇的识别率为97.75%,凸显了传感器在语音识别方面的普适性。该传感器具有制作简便,快速振动响应(222 ms)、可重复性且稳定性好等特点,在医疗领域和健康监测中具有潜在的应用价值。 展开更多

关键词 微纳光纤 声带振动 语音识别 目标检测算法 可穿戴传感器

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准确检测液相中氢气浓度的倾斜光纤光栅传感器 被引量：3

2

作者 王蓉 马永军 +3 位作者 钟用 王玺苏 王建旭 赵明富 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第3期450-453,459,共5页

为了实现液相中氢气体积分数的准确检测,该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先,在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜,用于响应氢气体积分数变化信息;然后,采用镀膜提拉法在钯膜表面涂... 为了实现液相中氢气体积分数的准确检测,该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先,在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜,用于响应氢气体积分数变化信息;然后,采用镀膜提拉法在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水膜,用于阻止水分子进入钯膜内部,导致钯膜从光纤表面脱落,进而增强了传感器在液相环境下运行的稳定性。实验研究了钯膜厚度对传感器氢敏响应特性的影响,并利用传感器对液相中的氢气体积分数进行了检测。研究结果表明,传感器能准确响应液相中氢气体积分数的变化信息,当钯膜厚度为120 nm时,灵敏度达到-15.29 pm/%,最大相对误差为8.67%。 展开更多

关键词 倾斜光纤光栅 传感器 液相 氢气浓度 钯膜 超疏水涂膜

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椭球状非本征法布里-珀罗光纤探针的传感特性

3

作者 李恭烨 石胜辉 +3 位作者 罗彬彬 邹雪 陈建 赵明富 《光学精密工程》 CSCD 北大核心 2024年第24期3545-3553,共9页

针对微型复杂环境下的物理参数检测,尤其是涉及折射率(Refractive Index,RI)和温度检测需满足的高灵敏度、低成本、抗电磁干扰等要求,本文提出一种制备简单、结构新颖的椭球状非本征型法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)腔光纤探针传感器。... 针对微型复杂环境下的物理参数检测,尤其是涉及折射率(Refractive Index,RI)和温度检测需满足的高灵敏度、低成本、抗电磁干扰等要求,本文提出一种制备简单、结构新颖的椭球状非本征型法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)腔光纤探针传感器。首先将端面切平的单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)插入陶瓷插芯,并在SMF端面依次固定UV胶和氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)构成端帽结构的椭球状双F-P腔光纤探针传感器。然后对该传感器的RI和温度特性进行了理论分析和实验研究。实验结果表明:在RI为1.3532~1.3912范围内,随着RI增加,该传感器的干涉光谱发生红移,RI灵敏度为119.1 nm/RIU,RI与波长偏移量的线性相关系数为0.99;在20~60℃范围内,传感器温度灵敏度为116 pm/℃。本文设计的探针传感器具有结构简单、抗干扰能力强、制作成本低、输出光谱稳定、检测区域小等优点。同时,GO独特的物理化学属性使其在抗原分子、细菌病毒等生物检测领域具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 光纤传感器 法布里-珀罗腔 氧化石墨烯 折射率 温度

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液位-液压-温度同时检测光纤隔膜传感器 被引量：4

4

作者 姚建南 刘志成 +2 位作者 钟年丙 何雪丰 张天恒 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期146-153,共8页

为了实现液位液压及温度三参数同时准确检测,本文首先采用光纤Bragg光栅(FBG)、弹性隔膜、微腔、FBG固定板及导气管构建了光纤隔膜传感器,搭建了测量系统。其次,建立了传感器测量理论模型,实验研究了传感器对液位、液压及温度的响应特... 为了实现液位液压及温度三参数同时准确检测,本文首先采用光纤Bragg光栅(FBG)、弹性隔膜、微腔、FBG固定板及导气管构建了光纤隔膜传感器,搭建了测量系统。其次,建立了传感器测量理论模型,实验研究了传感器对液位、液压及温度的响应特性。最后,为了研究传感器对外界环境变化的抗干扰能力,实验研究了温度、倾角和液位动态变化速率对液位及液压测量结果产生的影响。研究结果表明:当液位变化速率为10~100 cm/min、传感器倾斜角度在-30°~30°范围、温度在20℃~60℃范围时,传感器输出信号与液位0~220 cm及液压0~22 kPa间具有线性关系,液位及液压测量结果不受液位变化速率、传感器倾角及温度变化的影响;传感器液位、液压及温度灵敏度分别为35.16 pm/cm、359.46 pm/kPa和10.07 pm/℃,最大相对误差为5.6%。 展开更多

关键词 液位 液压 光纤BRAGG光栅 传感器 准确测量 灵敏度

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老化处理对塑料光纤传感器光传输及灵敏度的影响 被引量：12

5

作者 钟年丙 李超楠 +4 位作者 刘洋 邱思炜 梁小勃 王鑫 王庆智 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期971-978,共8页

为了提高正规包层-纤芯类倏逝波塑料光纤传感器的灵敏度,本文对传感器敏感区在真空和水浴中进行了老化处理。老化处理时,先将光纤部分区域的保护层去除;然后将这种裸光纤作为传感器的敏感区,对其进行真空和蒸馏水老化处理。对比研究了... 为了提高正规包层-纤芯类倏逝波塑料光纤传感器的灵敏度,本文对传感器敏感区在真空和水浴中进行了老化处理。老化处理时,先将光纤部分区域的保护层去除;然后将这种裸光纤作为传感器的敏感区,对其进行真空和蒸馏水老化处理。对比研究了传感器敏感区经真空和蒸馏水老化不同时间后的光传输特性及灵敏度,分析了老化处理对传感器光传输特性与灵敏度的影响机理。研究表明:老化处理后,塑料光纤纤芯折射率及材料成分发生了变化,由此改变了光纤内部光传输模式及光纤表面有效倏逝场透射深度与传播长度,从而降低了传感器的光传输性能。传感器对葡萄糖溶液的灵敏度随着老化时间的延长先增大后减少,在真空中105℃老化处理20min后的灵敏度达到最高-0.004 2/g·(100mL)-1,高于蒸馏水老化处理后的传感器灵敏度。研究结果对高灵敏度正规包层-纤芯类塑料光纤倏逝波传感器的研制提供了技术支撑。 展开更多

关键词 光纤传感器 倏逝波传感器 塑料光纤 正规包层-纤芯结构 老化处理 灵敏度 光传输

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氧化石墨烯修饰腐蚀型长周期光纤光栅的禽流感病毒免疫传感器 被引量：7

6

作者 石胜辉 王鑫 +9 位作者 罗彬彬 王亚杰 刘志江 聂青林 马培杰 吕清明 鲁友铭 吴胜昔 赵明富 巫涛江 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期45-53,共9页

提出了一种使用基于氧化石墨烯修饰包层腐蚀型长周期光纤光栅应用于检测禽流感病毒的免疫传感器.氧化石墨烯通过氢键结合在包层腐蚀型长周期光纤光栅表面上,并通过共价键将禽流感病毒单克隆抗体与氧化石墨烯表面的羧基相结合.利用氧化... 提出了一种使用基于氧化石墨烯修饰包层腐蚀型长周期光纤光栅应用于检测禽流感病毒的免疫传感器.氧化石墨烯通过氢键结合在包层腐蚀型长周期光纤光栅表面上,并通过共价键将禽流感病毒单克隆抗体与氧化石墨烯表面的羧基相结合.利用氧化石墨烯上吸附的禽流感病毒单克隆抗体与禽流感病毒抗原的特异性结合引起的长周期光纤光栅谐振波长变化进行检测.结果表明,该氧化石墨烯修饰包层腐蚀型长周期光纤光栅免疫传感器对禽流感病毒的检测极限为40 ng/mL,传感器的解离常数为~1.6×10^-7 mol/L,检测范围为40 ng/mL^200μg/mL.通过对禽流感病毒空白尿囊液、禽流感病毒尿囊液和新城疫病毒尿囊液进行检测,表明免疫传感器具有良好的特异性和临床性.该免疫传感器具有应用于禽流感病毒的快速和早期诊断的可能. 展开更多

关键词 光纤传感 免疫传感器 长周期光纤光栅 氧化石墨烯 禽流感病毒

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基于氧化石墨修饰长周期光纤光栅的传感特性 被引量：8

7

作者 石胜辉 王鑫 +2 位作者 赵明富 吴德操 罗彬彬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2305-2314,共10页

提出一种基于氧化石墨烯(GO)修饰的长周期光纤光栅(LPFG)传感器。利用氢氧化钠溶液对LPFG表面进行羟基化处理,采用氢键结合的方式使GO固定在光栅表面,形成基于GO修饰的LPFG传感器。实验研究了GO-LPFG对外部折射率及温度的响应特性,结果... 提出一种基于氧化石墨烯(GO)修饰的长周期光纤光栅(LPFG)传感器。利用氢氧化钠溶液对LPFG表面进行羟基化处理,采用氢键结合的方式使GO固定在光栅表面,形成基于GO修饰的LPFG传感器。实验研究了GO-LPFG对外部折射率及温度的响应特性,结果表明该GO-LPFG的平均折射率灵敏度较未涂覆GO的LPFG提高1.09倍,温度灵敏度略有降低。随着光栅直径的减小,GO-LPFG的平均折射率灵敏度进一步提高。当光栅直径为108μm时,在折射率1.333~1.448内的平均波长和耦合强度折射率灵敏度分别约为38.99 nm/RIU和57.33 dB/RIU,与未采用GO修饰直径为108μm的LPFG及直径为125μm的GO-LPFG相比,其平均波长和耦合强度折射率灵敏度分别提高1.45,2.17,3.80和3.42倍。该GO-LPFG传感器在各种大分子量的病毒抗原蛋白、生物病菌等生物检测领域具有潜在的应用价值。 展开更多

关键词 光纤传感 长周期光纤光栅 氧化石墨烯 灵敏度

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基于细直径极大倾角光纤光栅的悬臂梁低频振动传感器性能研究

8

作者 邹雪 邓欧 +8 位作者 罗彬彬 吴德操 赵明富 钟年丙 宋涛 蒋上海 谢浪 柳鹏 刘恩华 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期42-50,共9页

为了测量结构的低频振动参数,提出一种细直径极大倾角光纤光栅的悬臂梁振动加速度传感器,并研究了该传感器的特性及优化方法.首先,对细直径极大倾角光纤光栅的轴向应变、弯曲应变特性以及悬臂梁振动传感模型进行理论分析;然后,通过静态... 为了测量结构的低频振动参数,提出一种细直径极大倾角光纤光栅的悬臂梁振动加速度传感器,并研究了该传感器的特性及优化方法.首先,对细直径极大倾角光纤光栅的轴向应变、弯曲应变特性以及悬臂梁振动传感模型进行理论分析;然后,通过静态实验进行验证并分析轴向应变和弯曲应变对悬臂梁振动的影响;最后,完成悬臂梁动态振动实验性能测试,并与标准直径极大倾角光纤光栅传感器进行对比.实验结果表明:在轴向拉力和弯曲应力作用下,细直径极大倾角光纤光栅的TE模和TM模的轴向应变灵敏度分别为−4.68 pm/με和−3.55 pm/με,弯曲应变的波长灵敏度分别为−8.82 nm/m^-1和−7.71 nm/m^-1,弯曲应变的强度响应灵敏度分别为6.71 dB/m^-1和0.95 dB/m^-1,细直径极大倾角光纤光栅具有比标准直径极大倾角光纤光栅更高的应变灵敏度;悬臂梁振动检测实验中,细直径极大倾角光纤光栅谐振波长3 dB点的最大加速度灵敏度达500 mV/g以上,为相同条件下标准直径极大倾角光纤光栅悬臂梁振动传感器的5倍左右;与快速傅里叶变换后的频谱图对比结果表明,细直径极大倾角光纤光栅传感器的谐波分量更少.可见,在低频振动检测时细直径极大倾角光纤光栅的抗噪声干扰能力更强,检测准确度更高. 展开更多

关键词 光纤传感器 细直径极大倾角光纤光栅 振动传感 悬臂梁 轴向应变 弯曲应变

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氧化石墨烯集成极大倾角光纤光栅LSPR的癌症标记物传感器

9

作者 罗彬彬 古洪 +2 位作者 吕清明 王亚杰 吴胜昔 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2039-2047,共9页

提出了一种基于氧化石墨烯(GO)集成极大倾角光纤光栅(ExTFG)的局域表面等离子体共振(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)免疫传感器,用于对癌症标志物——细胞程序性死亡-配体1(PD-L1)的无标记和特异性检测。利用大尺寸(粒径约为165... 提出了一种基于氧化石墨烯(GO)集成极大倾角光纤光栅(ExTFG)的局域表面等离子体共振(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)免疫传感器,用于对癌症标志物——细胞程序性死亡-配体1(PD-L1)的无标记和特异性检测。利用大尺寸(粒径约为165 nm)金纳米壳(AuNs)作为LSPR载体固定在光纤表面,然后再将GO涂敷于光纤表面来改善ExTFG-LSPR传感器的疏水特性,以增强传感器对生物分子蛋白的吸附能力,最后将PD-L1单克隆抗体(anti-PD-L1MAbs)通过共价键结合在光纤表面GO的羧基端用于PD-L1的特异性检测。实验结果表明:该免疫传感器对磷酸盐缓冲液中PD-L1抗原的检测范围为0.038~38.46 pmol/L,在0~2 pmol/L的低浓度区保持着良好的线性度,灵敏度约达0.114 nm/(pmol·L^(-1)),对PD-L1抗原的检测极限低至约0.076 pmol/L,解离系数约为2.801×10^(-12)mol/L;当用于不同的健康血清样本和肝细胞癌(HCC)血清样本的临床免疫检测,对前者的响应极其微弱,而对后者具有明显的响应。因此,该免疫传感器在复杂血清环境下对PD-L1标记物具有良好的临床特异性,具有较大的应用潜力。 展开更多

关键词 光纤传感 极大倾角光纤光栅 氧化石墨烯 局域表面等离子体共振 细胞程序性死亡-配体1 肝细胞癌

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基于光纤Bragg光栅超声复合检测金属腐蚀与振动状态方法研究 被引量：1

10

作者 葛峰 别雄波 +3 位作者 武惠华 张兴红 钟年丙 何雪丰 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第2期78-84,共7页

为了实现钢板腐蚀前后及冲击振动状态复合检测,构建了基于光纤布拉格光栅(FBG)超声检测系统。首先分析了基于可调激光光源的光纤光栅的解调原理。在此基础上,实验研究了钢板腐蚀前后的兰姆波信号变化规律,分析了钢板在不同垂直冲击强度... 为了实现钢板腐蚀前后及冲击振动状态复合检测,构建了基于光纤布拉格光栅(FBG)超声检测系统。首先分析了基于可调激光光源的光纤光栅的解调原理。在此基础上,实验研究了钢板腐蚀前后的兰姆波信号变化规律,分析了钢板在不同垂直冲击强度撞击下的时频变化特性以及钢板腐蚀前后冲击振动信号的时频变化规律。研究表明:所搭建的光纤布拉格光栅超声检测系统能够有效地实现钢板腐蚀及冲击振动信号的复合检测,通过兰姆波信号的幅值大小及是否有新的频率分量出现,可以准确识别钢板是否遭受腐蚀。冲击信号的幅值变化与冲击大小存在线性关系,同时通过频域分析证明钢板腐蚀后的频率各分量平均呈现出12 Hz右移。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 腐蚀 兰姆波 振动 超声波 钢板

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基于薄包层极大倾角光纤光栅的灵敏度增强型振动传感器 被引量：4

11

作者 刘开俊 罗彬彬 +7 位作者 邹雪 吴德操 石胜辉 蒋上海 邓欧 邹祥龙 巫涛江 赵明富 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期57-64,共8页

提出了一种薄包层极大倾角光纤光栅悬臂梁振动传感器,采用基于标准单模光纤的极大倾角光纤光栅,从理论上分析包层半径的减小对波导色散因子、包层模的有效折射率、轴向应变灵敏度因子、轴向应变灵敏度及模式阶数的影响,并进行数值仿真,... 提出了一种薄包层极大倾角光纤光栅悬臂梁振动传感器,采用基于标准单模光纤的极大倾角光纤光栅,从理论上分析包层半径的减小对波导色散因子、包层模的有效折射率、轴向应变灵敏度因子、轴向应变灵敏度及模式阶数的影响,并进行数值仿真,为其振动传感增敏方法提供理论依据。然后使用氢氟酸腐蚀光纤包层,构成不同直径的极大倾角光纤光栅并进行相关振动传感实验。实验结果表明:在40~200 Hz的频率范围内,随着包层直径的减小,极大倾角光纤光栅振动传感器在C波段的同阶和不同阶TE/TM模加速度灵敏度逐渐增大,且两者之间具有较好的线性关系;其中,同阶TE和TM模的最大加速度灵敏度分别可达到100.46 mV/g与88.68 mV/g,相对于标准直径极大倾角光纤光栅振动传感器分别提高了1.36倍、1.53倍;不同阶TE和TM模的最大加速度灵敏度可达到159.35 mV/g与133.37 mV/g,分别提高了2.15倍、2.31倍。 展开更多

关键词 光纤光学 极大倾角光纤光栅 薄包层 振动传感 等强度悬臂梁

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基于光纤光栅传感网络的电梯健康状态监测系统 被引量：7

12

作者 巫涛江 余晓毅 +2 位作者 张春娟 尹劲松 石胜辉 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第6期796-799,805,共5页

针对传统大型电梯钢架结构健康监测手段的传感器布线复杂、传感器退化快等问题,提出了一种基于光纤光栅式传感器构成的准分布式光纤传感网。首先阐明了光纤光栅应力、温度传感器的基本原理,采用“空分复用+波分复用”的方式构建电梯钢... 针对传统大型电梯钢架结构健康监测手段的传感器布线复杂、传感器退化快等问题,提出了一种基于光纤光栅式传感器构成的准分布式光纤传感网。首先阐明了光纤光栅应力、温度传感器的基本原理,采用“空分复用+波分复用”的方式构建电梯钢架结构的光纤光栅远程传感监测系统,设计应变和位移传感器阵列,并研究了光纤光栅应变计和位移计的解调算法。然后使用电梯钢架结构实物模型搭建相应的试验系统,安装光纤光栅应变计和位移计准分布式网络进行测试,并开发配套的电梯钢接结构运行健康状态监测软件,试验测试结果表明,系统能够实时响应,稳定性良好。该系统为室外大型竖行和斜行电梯的安全运行提供了实时监测数据和安全预警功能,可为其“按需维保”提供大数据支撑。 展开更多

关键词 电梯钢架结构 光纤光栅 应力计 位移计 安全监测

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探针式结构极大倾角光纤光栅传感器特性研究 被引量：1

13

作者 巫涛江 吕清明 +1 位作者 刘开俊 罗彬彬 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第3期313-316,384,共5页

针对透射式极大倾角光纤光栅(ExTFG)在工程应用中结构不紧凑、使用不便等问题,该文提出了基于探针式结构的ExTFG传感器。分析了探针式结构的ExTFG的光路原理,提出其制作方法,搭建了探针式结构ExTFG的传感系统,实验研究了在距离ExTFG末... 针对透射式极大倾角光纤光栅(ExTFG)在工程应用中结构不紧凑、使用不便等问题,该文提出了基于探针式结构的ExTFG传感器。分析了探针式结构的ExTFG的光路原理,提出其制作方法,搭建了探针式结构ExTFG的传感系统,实验研究了在距离ExTFG末端不同位置进行切割并镀银膜构成的传感器探针光谱特性,使用毛细管封装端面,增加传感器稳定性;最后分析探针式结构ExTFG的折射率传感特性。结果表明,对应的切割端面距离栅区越近,谐振峰的损耗越小;相比透射式ExTFG,探针式结构ExTFG的TM模和TE模的折射率灵敏度分别提高了约11.21%与8.09%,在实际应用中更适用。 展开更多

关键词 极大倾角光纤光栅(ExTFG) 探针式结构 反射光谱 传感 折射率

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基于聚合物薄膜的光纤Bragg光栅甲醇传感器

14

作者 贺超 刘志成 +5 位作者 姚建南 武惠华 钟年丙 曾檀 唐欢 解泉华 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第3期439-444,449,共7页

为了稳定准确地检测甲醇蒸汽浓度,该文提出了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的光纤Bragg光栅(FBG)甲醇传感器。首先使用氢氟酸腐蚀部分包层,在栅区表面涂覆一层PMMA薄膜;然后构建测量系统,建立了传感器检测甲醇蒸汽的理论模型;最... 为了稳定准确地检测甲醇蒸汽浓度,该文提出了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的光纤Bragg光栅(FBG)甲醇传感器。首先使用氢氟酸腐蚀部分包层,在栅区表面涂覆一层PMMA薄膜;然后构建测量系统,建立了传感器检测甲醇蒸汽的理论模型;最后引入温度补偿单元,消除温度对甲醇蒸汽浓度测量产生的影响。实验研究了PMMA薄膜厚度和温湿度对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的响应时间、选择敏感性和检测下限。研究结果表明,在甲醇质量浓度为20~160 mg/L时,传感器的中心波长漂移与浓度间具有线性关系(线性系数R2=0.992)。在温度20~40℃,相对湿度40%~80%时,传感器能够准确检测甲醇蒸汽浓度的变化,其灵敏度为0.292 pm/(mg·L^(-1)),相对误差为9.3%,检测下限为20 mg/L。 展开更多

关键词 甲醇 聚甲基丙烯酸甲酯 光纤Bragg光栅(FBG) 温度补偿 灵敏度 检测

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基于小波变换的压缩感知理论对水质检测紫外-可见光谱数据的去噪研究 被引量：12

15

作者 赵明富 唐平 +4 位作者 汤斌 何鹏 徐杨非 邓思兴 石胜辉 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期844-850,共7页

消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。针对整个光谱探测系统受到光源、光路和光电... 消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。针对整个光谱探测系统受到光源、光路和光电转换器件的严重影响,测定的光谱数据含有大量噪声这一实际问题,提出了基于小波变换的压缩感知去噪算法,并与传统小波阈值去噪方法进行了比较实验。针对化学需氧量为200mg·L^(-1)的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪处理,采用压缩感知去噪算法,将信号在小波域内分解,得到含噪高频系数;采用随机高斯矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵,压缩比设置为2,对高频系数进行观测;选择正交匹配追踪算法恢复高频小波系数的稀疏性,从而达到去噪目的。同时针对传统的小波阈值去噪,采用daubechies4作为小波基的软阈值滤波方法对光谱数据进行去噪处理。为验证去噪算法的可行性,采集某溪水和城市生活污水的光谱信号分别采用以上两种方法进行去噪处理,实验结果表明:基于小波变换的压缩感知去噪算法适用于紫外-可见光谱法在线水质检测系统,该方法能在保留水样原始光谱信号的吸收特征的前提下有效地去噪,且去噪效果优于小波阈值去噪算法。与小波阈值去噪算法相比,信噪比提高了12.201 5dB,均方根误差减小了0.009 3,峰值信噪比增加了5.299dB。不仅避免了小波阈值去噪过程中阈值的选取依靠主观判断问题,而且在重构过程中有效地抑制了噪声,为直接光谱法检测水质参数提供了一种新的解决方案。 展开更多

关键词 水质检测 噪声 压缩感知 小波阈值去噪 紫外-可见光

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基于高速动态光栅解调系统的FBG等强度悬臂梁振动传感特性研究

16

作者 石胜辉 罗彬彬 +5 位作者 杨万猛 胡新宇 赵明富 邹雪 叶露 谢浪 《激光杂志》 北大核心 2018年第10期18-23,共6页

研究基于高速动态光栅解调系统的光纤Bragg光栅（fiber Bragg grating,FBG）等强度悬臂梁振动传感性能,分析FBG等强度悬臂梁与振动传感的基本原理和传感特性。结果表明：当压电陶瓷的输出频率接近等强度悬臂梁的谐振频率时,传感器的输... 研究基于高速动态光栅解调系统的光纤Bragg光栅（fiber Bragg grating,FBG）等强度悬臂梁振动传感性能,分析FBG等强度悬臂梁与振动传感的基本原理和传感特性。结果表明：当压电陶瓷的输出频率接近等强度悬臂梁的谐振频率时,传感器的输出振幅最大;相同频率下,等强度悬臂梁厚度为0.3mm时响应度最大,平坦响应范围为10Hz-60Hz,平坦区的加速度灵敏度为51.25pm/（m·s^-2）,最大加速度灵敏度为416.81pm/（m·s^-2）;相同振动频率下,波长漂移幅值与振动幅值具有良好的线性关系,线性相关度为0.998,时域波形信号的FFT变换主频分量占80%以上。 展开更多

关键词 光纤传感 振动传感器 光纤BRAGG光栅 等强度悬臂梁 高速光栅解调系统

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氧化石墨烯集成腐蚀型81°倾斜光栅生物传感器 被引量：3

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作者 王亚杰 罗彬彬 +6 位作者 石胜辉 蒋上海 吴德操 吴胜昔 鲁友铭 巫涛江 赵明富 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期81-88,共8页

为了改善普通81°倾斜光纤光栅在生化检测中灵敏度低、检测极限不理想等问题,提出一种基于氧化石墨烯修饰腐蚀型81°倾斜光纤光栅的牛血清蛋白生物传感器,分析了该传感器的原理与传感特性.使用氢氟酸溶液腐蚀减小光栅直径,提高... 为了改善普通81°倾斜光纤光栅在生化检测中灵敏度低、检测极限不理想等问题,提出一种基于氧化石墨烯修饰腐蚀型81°倾斜光纤光栅的牛血清蛋白生物传感器,分析了该传感器的原理与传感特性.使用氢氟酸溶液腐蚀减小光栅直径,提高其对折射率的灵敏度,并用氧化石墨烯修饰光栅,然后将牛血清蛋白单克隆抗体固定于光栅表面,用于对牛血清蛋白的特异性检测.实验结果表明,氧化石墨烯集成腐蚀型81°倾斜光纤光栅生物传感器对牛血清蛋白的检测范围为0.15~15 nmol/L,检测极限为~0.165 nmol/L,其线性响应区域的灵敏度为~182 pm/(nmol·L^-1),传感器的检测范围较氧化石墨烯集成标准直径81°倾斜光纤光栅有所降低,但其灵敏度提高了5.3倍,且检测极限有较大的改善. 展开更多

关键词 光纤光学 倾斜光纤光栅 氧化石墨烯 牛血清蛋白 生物传感器

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双波长激光路面气象传感方法 被引量：1

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作者 龙俊宇 吴德操 +5 位作者 罗彬彬 张颖 郭裕丰 曹盛 邓磊 赵明富 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期100-108,共9页

为解决传统接触式路面气象传感器寿命低、安装不便、易破坏路基等问题,用1310 nm、1430 nm两种波长的激光器作为探测光源,结合红外测温辅助,研究了一种非接触的路面气象传感方法。该方法通过测量不同路面状态下由光源照射形成的后向散... 为解决传统接触式路面气象传感器寿命低、安装不便、易破坏路基等问题,用1310 nm、1430 nm两种波长的激光器作为探测光源,结合红外测温辅助,研究了一种非接触的路面气象传感方法。该方法通过测量不同路面状态下由光源照射形成的后向散射光强,得到水、冰介质膜在两个特征波长下的反射率;通过设定反射率和红外温度信号的判别逻辑,可以分辨多种路面状态,包括干燥、潮湿、积水、结冰和结霜;以朗伯比尔定律为基础建模实现积水、结冰厚度检测,利用反射率零点自动判别校准测量模型参数,无需现场标定即可在不同道路条件下实现精准测量。实验证明,该方法路面状态判别准确,水/冰厚度检测量程达到3 mm,精度均为±0.2 mm,具有结构简单、探测距离远、成本低等特点,有良好的实用价值。 展开更多

关键词 激光传感 短波红外 朗伯定律 非接触式 路面气象

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基于银膜的自准直光纤法布里-珀罗腔设计及声源定位研究

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作者 郭一霖 李一豪 +6 位作者 罗彬彬 邹雪 吴德操 李恭烨 曹盛 石胜辉 赵明富 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期146-157,共12页

提出一种基于银膜的自准直外腔式光纤法布里-珀罗(EFPI)干涉仪声传感器阵列,用于中低频声信号的检测以及二维平面声源定位。传感器阵列由三个相同结构的EFPI组成,结构简单、制作简便。银膜的应用和准直器的引入提高了传感器的声压灵敏度... 提出一种基于银膜的自准直外腔式光纤法布里-珀罗(EFPI)干涉仪声传感器阵列,用于中低频声信号的检测以及二维平面声源定位。传感器阵列由三个相同结构的EFPI组成,结构简单、制作简便。银膜的应用和准直器的引入提高了传感器的声压灵敏度,扩大了声源定位范围。实验结果表明:单个传感器声压灵敏度为185 mV/Pa,最小可探测声压为52.7μPa/Hz^(1/2)@500 Hz。在声源指向性实验中,声源设置在传感器正前方时,其声压灵敏度达到185 mV/Pa,声源设置在传感器侧面(90°,270°)时,其声压灵敏度衰减仅为4.5%。传感器阵列结合到达时间差技术,成功实现高精度的声源定位,系统的理论空间分辨率为0.71 cm,最大定位误差不超过2.8 cm,定位范围为200 cm×200 cm,具有成本低、实用性高等优点。 展开更多

关键词 光纤声传感器 法布里-珀罗谐振腔 自准直器 声源定位 到达时间差

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一种基于粒子滤波的智能手机测试电梯运行参数的方法

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作者 唐跃林 孙玉宇 +3 位作者 陈杰 刘俊德 叶磊 汤斌 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第S01期23-26,共4页

利用智能手机中的传感器可便捷检测电梯的运行参数,但采集的手机传感器数据含有大量噪声,如何进行数据分析和处理对测量结果有重要影响。研究通过调用手机内置传感器检测电梯运行参数如:加速度、运行距离、速度等,再利用粒子滤波去除噪... 利用智能手机中的传感器可便捷检测电梯的运行参数,但采集的手机传感器数据含有大量噪声,如何进行数据分析和处理对测量结果有重要影响。研究通过调用手机内置传感器检测电梯运行参数如:加速度、运行距离、速度等,再利用粒子滤波去除噪声进行数据处理。经与专业检测设备进行测试数据对比试验,结果显示采用粒子滤波方法测量准确性提高了6%,证明该方法可有效地提高电梯运行参数手机测量的准确度。 展开更多

关键词 电梯检测 智能手机 手机传感器 粒子滤波 加速度测量

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