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ppb级高精度红外气体检测技术
红外吸收光谱技术基于捕获物质的红外“指纹”来获得物质成分和含量信息,其核心是红外光谱器件和高效紧凑红外光学系统,主要的应用之一是针对气体的传感检测,如有毒有害气体、温室效应气体以及呼吸气体成分和浓度的检测等。相比传统的单气体成分的检测,同时检测多种气体是降低检测成本的有效途径;相比针对未知气体采用实验室傅里叶红外光谱仪的检测,可以现场检测的微小型化红外光谱仪具有更实用且成本更低的优势。另外, 越来越多的场景需要探测精度达到ppb 或亚ppm 精度的高精度气体检测,如有毒有害痕量气体、呼吸气体肺癌早期诊断、果蔬存储中具有催熟剂作用的微量乙烯气体释放的检测等。 现有红外气体传感技术中,基于激光光源的气体传感器虽然易于达到ppb级的高精度检测,但是激光传感器成本昂贵,而低成本的基于热光源的红外气体传感器虽然成本较低,但是却存在精度低的问题。 为了解决上述的精度和成本痛点问题,本成果掌握了高功率热红外光源、可级联长光程气体吸收池、多通道红外探测器和可调谐红外探测器以及多通道微弱信号数字锁相放大检测等技术,开发一系列探测精度到100ppb 以下的多通道红外气体传感器和演示模组,以及基于可调滤波器的小型化红外光谱仪,展示了集成多组分气体检测和现场未知气体成分的光谱仪检测能力,具有高精度和低成本优势,以及小体积和低功耗特点。 (1)高功率热红外光源:MEMS 热光源芯片阵列与微光学准直阵列集成,实现低发散角的高功率红外源。为实现高精度探测所需要的长光程气体吸收池提供足够的红外光能量。 (2)可级联长光程气体吸收池:高精度气体检测需要米级长光程池。现有长光程气体池主要有怀特池、Herriott 型、Chernin 型以及环形吸收池,配合低发散角的激光光源。但是这些吸收池结构复杂,装配难度高,成本高。自主提出的可级联气体池结构简单,光学效率高,且中心对称,加工和装配成本低。 (3)多通道红外探测器:不同敏感波长的红外探测单元集成在同一衬底上,构成多通道器件,可共用一个气体池和光源,节省器件,降低了成本,同时节省了体积和功耗。 (4)可调谐滤波器:采用电调FP 腔和单探测器可以动态选择透射波长进行探测。具有在一定波段内连续扫描实现红外光谱仪的功能,也可以随机定位某个特定波长探测,灵活性强。除了用于已知气体成分的浓度检测,还可用于对含有未知气体种类的应用场景进行气体检测。另外,大口径的压电驱动可调滤波器可用于电力开关柜SF6气体泄露、天然气管道气体泄露以及农作物长势和病虫害监测等场合的红外光谱成像检测。 (5)微小型红外光谱仪:红外光谱仪是在一个较宽的红外波段进行扫描以获取物质的光谱信息,借此探知物质的未知成分。传统的红外光谱仪体积大,主要在实验室使用。本技术采用FP 腔可调滤波器具有体积小结构稳定的特点,易于实现现场检测。 图1 四通道滤波聚焦单元、光学/探测器集成结构以及红外光谱探测器 图2  长光程气体池(平均光程>1米) 图3 可调光谱探测器-PZT压电陶瓷驱动FP腔可调滤波器及可调光谱 图4 红外气体传感器模组 【技术优势】 (1)基于表面微纳结构的窄带滤光片/微透镜阵列技术:实现覆盖中波和长波红外的宽波段滤光/聚焦结构,具有低成本制造优势。 (2)多通道红外探测器集成芯片技术:多通道滤波/聚焦阵列结构与红外探测单元阵列集成,实现多波长光谱探测芯片,具有低成本和小体积优势。 (3)可级联长光程池技术:适合热光源的米级光程气体吸收,实现低成本ppb 级红外气体探测。相比高精度的激光气体传感器,具有成本优势。
华中科技大学 2023-03-14
一种主动控制气体轴承姿态的装置
本发明公开了一种主动控制气体轴承姿态的装置,该装置包括随动气体轴承和主动气体轴承,二者上下相对安装,两个气体轴承通过压缩弹簧隔开并预紧,压缩弹簧的两端分别通过球形关节与两个气体轴承连接;两个气体轴承的四个角上均装有上、下位置相对的圆柱,各圆柱均为磁性材料,随动气体轴承上的四个圆柱上均绕有线圈。该装置通过改变线圈的通电电流大小来改变各对圆柱间的吸力大小,从而可以灵活调整主动轴承的姿态,以适应不同工况的要求。
华中科技大学 2021-04-14
全焊接双波纹板式气体换热器成套技术
焊接双波纹板式气体换热器主要应用于废气的余热回收以达到节能减排的目的。该技术利用常州大学专利技术,利用摸具液压使0.6~1.0mm的板材成形,经翻边、焊接组装完成,由于是焊接,适用温度可达550度,如果采用更好的材料,适用温度可达到900度。
常州大学 2021-04-14
新型现场多组分有害气体检测仪
– 多组分、高灵敏度的在线测量性能– 体积小、重量轻、功耗低的航天任务要求– 利用空芯光子晶体光纤作为光通道的吸收光谱测量方法– 实现小空间大光程,提高多组分测量的灵敏度– 研究成果满足天宫一号性能需求,在轨运行状态稳定良好
南开大学 2021-04-14
聚合物气体辅助挤出成型工艺及装置
项目研究内容及用途: 本项目采用一种气体辅助挤出成型技术,其技 术关键是通过气体辅助控制系统精确控制气体压力, 采用气体辅助挤出口 模使聚合物挤出时在口模内壁形成一层稳定的气垫膜层, 从而实现挤出由 非滑移粘着剪切口模挤出机理转化为完全滑移非粘着剪切口模挤出机理, 将口模壁面对挤出熔体的阻力降到最低限,从而达到减小挤出胀大、降低 口模压降和制品内应力、提高制品表面和内在质量的目的。聚合物气体辅
南昌大学 2021-04-14
新型惰性气体保护高温加热炉
研发阶段/n内容简介:该惰性气体保护炉结构特点是:加热处理室采用工作台与盖子可同时上升或下降的结构,上升下降式机构设置在底部,热处理室盖子与工作台以圆锥表面相配合,盖子与工作台之间留有一段间隙,它们之间的磨损,不影响它们的配合,保证配合紧密,工作时热处理室盖子通过上升机构紧压在炉顶,更增加配合紧密性.因此是同类密封式热处理炉子中最为理想的结构.本产品获得一项专利,专利号:ZL200420076090.4。
湖北工业大学 2021-01-12
TCS208F 气体热导分析仪
产品详细介绍  TCS208F采用先进的MEMS加工技术生产,利用被测组份和参考气体的热导系数不同而响应的浓度型传感器。产品具有检测范围大、可靠性高、安装方便、维护简单等优点。可广泛应用于天然气,CH4、H2,CO2,CO,SF6,Xe,He,NH3等气体成份检测,也可用于测量非常小的气体容积变化。 测量精度高                             灵敏度高                               集成温度补偿,漂移小                   体积小,响应速度快                     可以测量微小的气体容量                 高性价比                               TO8封装,抗冲击能力强                                     详细介绍: 1.       最大限值                                最小 典型 最大 单位 热功率P(Rm1+Rm2): — — 30 mW 测量温度Tm — — 180 °C 环境温度 -20 — +85 °C 气体压力(1) — — 200 bar 注:由于膜的热时间常数短,短时间的加过高的热功率会毁坏传感器。 2.       参数说明:     最小 典型 最大 单位 电阻,Rm1,Rm2(Tm=25°C) 92 100 115 Ω 电阻,Rt1,Rt2 220 240 275 Ω 商,Rtx / ( Rm1+Rm2 ),x∈{1,2} 1.13 1.2 1.27 1 阻抗差,Rm1 - Rm2 -2.0 — +2.0 Ω α=温度系数,( Rm, Rt ) | 20 - 100°C 4.8(2) 5.5 5.9 10-3·K-1 G =几何系数(3) — 3.6 — mm τm =膜的热时间常数 — <5 — ms τdiffusion =气体交换的时间常数 — <100 — ms 漂移( Rxy ) | x∈{m,t} ; y∈{1,2} — 0.001 0.01 %/week 散射结构的体积 — 0.2 — mm3 保持干净的周围环境空间大小 — 100 — mm3 基础材料 硅,采用蚀刻技术获得微观结构 尺寸结构: 包括底座          不包括底座 3mm × 3mm × 1mm 13mm Ø × 15.4mm 暴露在空气中的材料 Si, SiOxNy, 金, 环氧材料 注释: (1) 根据供应商的说明书对于适当的设备提供的压力参数 (2) α的最小值只适用于与低规格电压辅助源结合的情况. 产品会不断的改良使它更接近于DIN 43760的规格. (3) 因数G是由内部的传感器的机构决定的. 传感器的机械测试: 振动: 符合IEC 68-2-6 附录B (1982) 10圈,±1.5mm; 20g; 10..2000Hz; 1阶/分钟 冲击: 符合IEC 68-2-27 修正#1 (82年10月),径向和轴向各10次, 100g; 7.5ms / 300g; 2.5ms / 900g; 1.2ms.
上海维逸测控技术有限公司 2021-08-23
拓扑体态激光器
近日,北京大学物理学院马仁敏研究员课题组实验发现了拓扑能带反转光场限制效应,将拓扑态的利用由拓扑边缘态扩展至拓扑体态,并基于此实现了一种高性能的拓扑体态激光器。这种新型激光器具有垂直出射、高方向性、小体积、低阈值、窄线宽、单横模、单纵模和高边模抑制比等优异特性。相关工作被《Nature Nanotechnology》杂志以标题 “A high-performance topological bulk laser based on band-inversion-induced reflection” 进行长文报道。 激光器的发明加深了人们对光与物质相互作用的认识,并对现代科学与技术的发展起到了巨大的推动作用。至激光器发明以来,激光微型化始终是一个重要的研究方向。半导体激光器因为易于电泵浦和规模生产与集成等优点,是激光微型化的首要选择。经过几十年的发展,半导体激光器的微型化已经取得了巨大的成就。尤其是具有垂直出射特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL),目前已有数以百亿计的该型激光器被广泛应用于数据通讯、激光雷达、人脸识别、数据存储与医疗手术等领域。图1:拓扑体态激光器原理和示意图。(a) 用于构造能带反转的拓扑态和拓扑平庸态光子晶体示意图。(b) 实验中发现能带反转可用来实现光场的反射和限制。(c) 垂直发射拓扑体态激光器示意图。拓扑体态激光器出射方向垂直于光学腔反馈平面。 马仁敏研究员与合作者提出并实现了一种新型垂直发射激光器—拓扑体态激光器。这种新型激光器直径只有数微米,具有良好的垂直发射方向性, 窄线宽,单横模、单纵模,能够在室温下以千瓦每平方厘米阈值稳定工作,单模输出边模抑制比超过36 dB。这些性能与商业化激光二极管相当,根据IEEE以及相关工业标准,指标满足多数应用领域需求。 该类激光器的实现有赖于实验中发现的一种新型光反射和限制机制:能带反转光场限制效应。图1给出了能带反转光场限制效应和基于其实现拓扑体态激光器的原理和示意图:实验中首先通过对二维光子晶体进行变形操作,分别获得了具有拓扑态和拓扑平庸态的能带结构;相较于拓扑平庸态,拓扑态的光子晶体能带结构中发生偶极子和四极子能带间的能量反转;实验和理论计算发现频率靠近能带边缘的光场虽然在拓扑态和拓扑平庸态中都可以自由传播,但是在两者的界面处会发生能带反转引起的光场发射;该能带反转引起的光场反射和限制效应仅发生在布里渊区中心附近,越靠近布里渊区中心,光场反射和限制越有效,使得利用该类型反射机制构建的拓扑体态激光器具有单横模、单纵模、面内反馈、垂直出射等优异特性。图2:拓扑体态激光器件与性能。(a-b) 拓扑体态激光器谐振腔(a)和拓扑界面处(b)的电镜图。(c)随功率变化的光谱。(d)激射光谱。(e)激射实空间近场分布。(f)激射角分辨远场分布。 能带反转光场反射和限制效应为激光物理提供了一种新颖的激光模式选择和出射光场调控机制。基于该原理构建的新型拓扑激光器各项性能均达到了可商业化应用的水平(图2)。新的光场反射和限制机制将拓扑态的利用由拓扑边缘态扩展至拓扑体态,同时该原理可以拓展到电子学、声学和声子学等领域。 该工作发表于Nature Nanotechnology (DOI: 10.1038/s41565-019-0584-x),马仁敏研究员为论文通讯作者;北京大学博士后邵增凯、博士生陈华洲和王所为共同第一作者;其他作者包括北京大学博士生冒芯蕊、杨振乾、访问学生王少雷,以及日本国立材料研究所教授胡晓,学生王星翔。这项工作得到国家自然科学基金委、科技部、北京市自然科学基金、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心等的支持。
北京大学 2021-04-11
激光位移传感器
激光发射的光打到被测工件的表面,散射回来的光被透镜汇聚到光电接收器上。被测物体的位置发生变化时,光电接收器上光点的位置也会发生变化,由此检测到物体位置的变化。现已开发两种,分别成功应用于静态测量和动态测量。 主要功能和技术指标: 非接触式测量,适用于任何非镜面的粗糙表面物体的检测;测量范围可以根据用户要求选择,从10mm~200mm;测量误差小于0.5%。 传感器目前已成功应用于轮对几何参数自动测量系统、非接触式静态轨道测量小车、轨检车等。已制造100套以上。
北京交通大学 2021-04-13
高功率激光焊接制造
上海交通大学 2021-04-13
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