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大连理工大学光电工程与仪器科学学院导师教师信息介绍简介-陈珂

本站小编 Free考研考试/2020-03-28

基本信息Personal Information

副教授
硕士生导师
主要任职：无
性别：男
出生日期：1988-08-12
毕业院校：大连理工大学
学位：博士
在职信息：在职
所在单位：光电工程与仪器科学学院
学科：光学工程测试计量技术及仪器
办公地点：大连理工大学主校区主楼东侧楼234室
联系方式：Chenke@dlut.edu.cn
电子邮箱：

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个人简介Personal Profile

陈珂，工学博士，副教授，硕士生导师，大连市青年科技之星，星海骨干。2015年毕业于大连理工大学获光学工程专业博士学位，主要从事光纤传感、激光光谱和精密仪器设计等方面的研究工作。担任Optics Letters、Optics Express等期刊审稿人，国际光学工程学会SPIE和美国光学学会OSA会员，国家自然科学基金项目评审专家。近5年来，共发表SCI/EI检索论文51篇(最近2年发表26篇)，其中第一/通讯作者论文30篇；已申请和授权发明专利21项，其中第一发明人专利16项。
在基础应用研究方面，负责和参与了多项基础研究项目，其中在光声光谱研究方面，依托国家自然科学基金项目和多项企业委托项目，设计了新型全光学激光光声光谱仪，实现了对多种微量气体的超高灵敏度检测，为国际领先水平。提出了一种新型光纤光声气体传感器，解决了传统光声传感器存在的抗环境噪声干扰能力差的问题。根据变压器油中溶解气分析和煤矿瓦斯突出应用需求设计了多套激光光声光谱多组分气体分析仪器，掌握了目前世界上唯一的高瓦斯背景中多组分微量气体光学检测技术。在光纤传感技术研究方面，首次提出并设计了超高灵敏度光纤F-P悬臂梁声波传感器，并设计了基于非相干光频域反射计的新型分布式光纤传感系统。在工程应用方面，自2009年起作为项目负责人和主要参与人先后为多家企事业单位研制了高稳定性可调谐一氧化碳分子激光器、高精度光纤传感解调仪、基于32通道同步数字锁相放大器的飞秒激光光谱仪、基于光声光谱技术的变压器油中溶解气分析仪、激光光声光谱多组分气体分析仪、光纤分布式温度传感器和用于涡流检测的频率扫描式FPGA锁相放大器等多种光电类仪器。
Google学术个人主页：https://scholar.google.com.hk/citations?hl=zh-CN&user=Su0F0-UAAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate
ResearchGate个人主页：https://www.researchgate.net/profile/Ke_Chen49

主持项目：
1.基于全光学光声光谱的超高灵敏度痕量气体检测技术研究，国家自然科学基金项目
2.面向石化厂区气体微泄漏监测的光纤光声传感技术研究，辽宁省自然科学基金面上项目
3.光频域反射式多参量融合分布传感技术研究，辽宁省博士科研启动基金项目
4.光纤悬臂梁增强型光声光谱技术研究，中央高校基本科研业务经费二期
5.多种光纤传感器复用与组网关键技术研究，中央高校基本科研业务经费一期
6.全光学光声光谱多组分微量气体分析仪开发，横向
7.光声光谱DGA检测方法及装置性能评估，横向
8.用于共振光声光谱测量的锁相放大器开发，横向
9.基于扫频和固定频率涡流检测的锁相放大器研制，横向
10.用于激光测距系统的光发射与接收器开发，横向

10篇代表性SCI论文：
1.Ke Chen, Zhihao Yu, Qingxu Yu*, Min Guo, Zhihao Zhao, Chao Qu, Zhenfeng Gong, Yang Yang. Fast demodulated white-light interferometry-based fiber-optic Fabry–Perot cantilever microphone.Optics Letters, 2018, 43(14): 3417-3420.JCR Q1
2.Ke Chen, Zhihao Yu, Zhenfeng Gong, Qingxu Yu*, Lock-in white-light-interferometry-based all-optical photoacoustic spectrometer,Optics Letters, 2018, 43(20): 5038-5041.JCRQ1
3.Ke Chen,Min Guo, Shuai Liu, Bo Zhang, Hong Deng, Qingxu Yu*, Fiber-optic photoacoustic sensor for remote monitoring of gas micro-leakage,Optics Express, 2019, 24(7): 4648-4659.JCRQ1
4.Bo Zhang,Ke Chen*, Yewei Chen,et al.High-sensitivity photoacoustic gas detector by employing multi-pass cell and fiber-optic microphone,Optics Express, 2020.JCRQ1
5.Ke Chen, Qingxu Yu*, Zhenfeng Gong, Min Guo, Chao Qu. Ultra-high sensitive fiber-optic Fabry-Perot cantilever enhanced resonant photoacoustic spectroscopy.Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 268: 205-209.JCRQ1
6.Ke Chen, Bo Zhang, Shuai Liu, Qingxu Yu*. Parts-per-billion-level detection of hydrogen sulfide based on near-infrared all-optical photoacoustic spectroscopy.Sensors and Actuators B: Chemical, 2019, 283: 1-5.JCRQ1
7.Ke Chen*,Bo Zhang,Min Guo. Photoacoustic trace gas detection of ethylene in high-concentration methane background based on dual light sources and fiber-optic microphone.Sensors and Actuators B: Chemical,2020.JCRQ1
8.Ke Chen,Min Guo, Yang Yang, Kang Liu, Wanjin Cai, Qingxu Yu*. A fiber-optic displacement sensor based on high-precision differential phase measurement.Journal of Lightwave Technology,2018, 36(18): 4046-4050.JCRQ1
9.Zhenfeng Gong,Ke Chen*, Xinlei Zhou, Yang Yang, Zhihao Zhao, Helin Zou, Qingxu Yu. High-sensitivity Fabry-Perot interferometric acoustic sensor for low-frequency acoustic pressure detections.Journal of Lightwave Technology, 2017, 35(24): 5276-5279.JCRQ1
10.Ke Chen*,Shuai Liu,Bo Zhang, et al. Highly sensitive photoacoustic multi-gas analyzer combined with mid-infrared broadband source and near-infrared laser.Optics and Lasers in Engineering, 2020, 124.JCRQ1

第一发明人专利：
1.陈珂，周新磊，于清旭。国家发明专利，一种单光源光纤分布温度与定点压力测量系统及方法，专利号：**4.0
2.陈珂，于清旭。一种光纤拉曼散射光用于分布温度与光纤光栅同时解调系统及方法，申请号：**8.3
3.陈珂，周新磊，于清旭，郭珉，王泽霖。一种空间相位调制型激光干涉测量仪器及方法，申请号：**7.3
4.陈珂，于清旭。一种双光源自校正式光纤分布温度快速测量系统及方法，专利号：**4.6
5.陈珂，于清旭。一种相位差解调式光纤位移测量方法及仪器，申请号：**1.3
6.陈珂，于清旭，宫振峰，郭珉，周新磊。一种悬臂梁与光声池双共振增强型光声光谱检测系统及方法，申请号：**2.8
7.陈珂，于清旭。一种扫描激光干涉型光纤声波锁相探测系统及方法，申请号：**2.X
8.陈珂，郭珉，于清旭。一种光纤光栅解调仪器及方法，申请号：**0.X
9.陈珂，于清旭。一种光声光谱多组分微量气体检测仪器及方法，申请号：**2.4
10.陈珂，于清旭。一种小型化多次反射式光声池增强型激光光声光谱的检测仪器及方法，申请号：**7.9
11.陈珂，于清旭。一种光纤遥测式多功能气体听漏仪器及方法，申请号：**4.0
12.陈珂，王晓娜。一种基于光学干涉仪的多波长计，申请号：**5.7
13.陈珂，刘帅，王晓娜。一种免校准的激光光声光谱微量气体检测仪器及方法，申请号：**7.3
14.陈珂，陈烨伟，刘帅，邓红。一种扩散式光声微腔气体传感器，申请号：**5.1
15.陈珂，郭珉，张博，陈烨伟，邓红，于清旭，一种高浓度甲烷背景中的微量乙烯气体测量系统及方法，申请号：**8.9
16.陈珂，郭珉，杨蓓蕾，邓红，李晨阳，一种抗电磁干扰的油中溶解气体原位测量系统及方法，申请号：**6.5
曾获奖励和荣誉：
大连市青年科技之星
星海骨干
校“教学质量优良奖”
校“优秀班主任”
指导学生获“卓越杯”全国大学生物理实验竞赛“一等奖”
指导学生获全国大学生光电竞赛“二等奖”
指导学生获全国大学生光电竞赛“三等奖”
指导学生获东北地区大学生光电设计竞赛“金奖”（2组）
指导学生获辽宁省“互联网+”竞赛“一等奖”
指导学生获辽宁省大学生物理实验竞赛“一等奖”
指导学生获辽宁省优秀毕业生（2人次）
教育经历Education Background
工作经历Work Experience
2010.92015.10
大连理工大学
光学工程
博士
2006.92010.7
大连理工大学
学士
2003.92006.7
后港中学
2015.10至今
大连理工大学物理学院
讲师

研究方向Research Focus
社会兼职Social Affiliations
光纤传感
激光光谱
精密仪器

基本信息Personal Information

副教授
硕士生导师
主要任职：无
性别：男
出生日期：1988-08-12
毕业院校：大连理工大学
学位：博士
在职信息：在职
所在单位：光电工程与仪器科学学院
学科：光学工程测试计量技术及仪器
办公地点：大连理工大学主校区主楼东侧楼234室
联系方式：Chenke@dlut.edu.cn
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当前位置: 中文主页 >> 研究方向

研究领域

（1）光纤传感
主要研究光纤法布里-珀罗（F-P）传感器、光纤布拉格光栅（FBG）传感器和基于非相干光频率反射计（OFDR）的光纤分布式温度传感器的系统设计、信号解调和工程应用。目前，研制的光纤传感器已应用于智能油井光纤测量、高精度压力与温度测量、振动测量、声波测量（光纤麦克风）等领域。
（2）激光光谱
主要研究基于光声光谱的痕（微）量气体检测技术，可实现对NH3、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等多种气体的高灵敏度测量。目前，已研制出基于光声光谱的多种微量气体检测系统，应用于变压器油中溶解气分析中。
（3）弱信号检测
主要研究基于FPGA的锁相放大器技术，可实现对多通道、高频微弱信号的同时检测。目前，已为多个科研单位研制出多通道同步锁相放大器，应用于飞秒激光光谱、表面等离子体共振（SPR）、光声光谱、TDLAS、涡流测量等应用领域。

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研究领域

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（1）光纤传感
主要研究光纤法布里-珀罗（F-P）传感器、光纤布拉格光栅（FBG）传感器和基于非相干光频率反射计（OFDR）的光纤分布式温度传感器的系统设计、信号解调和工程应用。目前，研制的光纤传感器已应用于智能油井光纤测量、高精度压力与温度测量、振动测量、声波测量（光纤麦克风）等领域。
（2）激光光谱
主要研究基于光声光谱的痕（微）量气体检测技术，可实现对NH3、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等多种气体的高灵敏度测量。目前，已研制出基于光声光谱的多种微量气体检测系统，应用于变压器油中溶解气分析中。
（3）弱信号检测
主要研究基于FPGA的锁相放大器技术，可实现对多通道、高频微弱信号的同时检测。目前，已为多个科研单位研制出多通道同步锁相放大器，应用于飞秒激光光谱、表面等离子体共振（SPR）、光声光谱、TDLAS、涡流测量等应用领域。

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论文成果 More>>

Kong, Zheng,Ma, Teng,Chen, Ke,Gong, Zhenfeng,Mei, Liang.Three-wavelength polarization Scheimpflug lidar system developed for remote sensing of atmospheric aerosols[J],APPLIED OPTICS,2019,58(31):8612-8621
Guo, Min,Chen, Ke,Gong, Zhenfeng,Yu, Qingxu.Trace Ammonia Detection Based on Near-Infrared Fiber-Optic Cantilever-Enhanced Photoacoustic Spectroscopy[J],PHOTONIC SENSORS,2019,9(4):293-301
Mei, Liang,Li, Limei,Liu, Zhi,Fei, Ruonan,Lu, Qingqing,Chen, Ke,Gong, ZhengFeng.Detection of the planetary boundary layer height by employing the Scheimpflug lidar technique and the covariance wavelet transform method[J],APPLIED OPTICS,2019,58(29):8013-8020
Chen, Ke,Yu, Qingxu,Wang, Zelin,Guo, Min,Wang, Xiaona,Liu, Bowen,Wang, Yuming,Wang, Yinbo,Wang, Senyuan,Jin, Jiarong.A spatial phase modulation laser interferometer[J],OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING,2019,121:74-79
Gong, Zhenfeng,Chen, Ke,Chen, Yewei,Mei, Liang,Yu, Qingxu.Integration of T-type half-open photoacoustic cell and fiber-optic acoustic sensor for trace gas detection[J],OPTICS EXPRESS,2019,27(13):18222-18231
Chen, Ke,Gong, Zhenfeng,Yu, Qingxu.Fiber-amplifier-enhanced resonant photoacoustic sensor for sub-ppb level acetylene detection[J],SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL,2018,274:184-188

专利

一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪
一种单光源光纤分布温度与定点压力测量系统及方法

科研项目 More>>

全光学光声光谱多组分微量气体分析仪开发, 企事业单位委托科技项目, 2019/11/07-2020/11/07, 进行
面向石化厂区气体微泄漏监测的光纤光声传感技术研究, 省、市、自治区科技项目, 2019/08/16, 进行
基于全光学光声光谱的超高灵敏度痕量气体检测技术研究, 国家自然科学基金项目, 2019/08/16, 进行
高精度光声光谱检测仪研制及应用示范, 企事业单位委托科技项目, 2019/06/10-2021/12/31, 进行
光声光谱DGA检测方法及装置性能评估, 企事业单位委托科技项目, 2017/11/15-2018/02/15, 进行
用于共振光声光谱测量的锁相放大器开发, 企事业单位委托科技项目, 2017/04/20-2017/07/20, 进行

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论文成果

当前位置: 中文主页 >> 科研成果 >> 论文成果
[1]Kong, Zheng,Ma, Teng,Chen, Ke,Gong, Zhenfeng,Mei, Liang.Three-wavelength polarization Scheimpflug lidar system developed for remote sensing of atmospheric aerosols[J],APPLIED OPTICS,2019,58(31):8612-8621
[2]Guo, Min,Chen, Ke,Gong, Zhenfeng,Yu, Qingxu.Trace Ammonia Detection Based on Near-Infrared Fiber-Optic Cantilever-Enhanced Photoacoustic Spectroscopy[J],PHOTONIC SENSORS,2019,9(4):293-301
[3]Mei, Liang,Li, Limei,Liu, Zhi,Fei, Ruonan,Lu, Qingqing,Chen, Ke,Gong, ZhengFeng.Detection of the planetary boundary layer height by employing the Scheimpflug lidar technique and the covariance wavelet transform method[J],APPLIED OPTICS,2019,58(29):8013-8020
[4]Chen, Ke,Yu, Qingxu,Wang, Zelin,Guo, Min,Wang, Xiaona,Liu, Bowen,Wang, Yuming,Wang, Yinbo,Wang, Senyuan,Jin, Jiarong.A spatial phase modulation laser interferometer[J],OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING,2019,121:74-79
[5]Gong, Zhenfeng,Chen, Ke,Chen, Yewei,Mei, Liang,Yu, Qingxu.Integration of T-type half-open photoacoustic cell and fiber-optic acoustic sensor for trace gas detection[J],OPTICS EXPRESS,2019,27(13):18222-18231
[6]Chen, Ke,Gong, Zhenfeng,Yu, Qingxu.Fiber-amplifier-enhanced resonant photoacoustic sensor for sub-ppb level acetylene detection[J],SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL,2018,274:184-188
[7]王晓娜,陈珂,周新磊,于清旭.基于光声光谱的微量气体检测实验设计与实现[J],实验技术与管理,2019,36(8):45-48,56
[8]王晓娜,陈珂,陶鹏程,张莹莹.基于FPGA的多通道同步数字锁相放大器[J],大学物理实验,2019,32(3):5-9
[9]Chen, Ke,Peng, Wei,Yu, Qingxu,Deng, Hong,Guo, Min,Luo, Chen,Liu, Shuai,Zhang, Bo,Ma, Fengxiang,Zhu, Feng,Gong, Zhenfeng.Tube-cantilever double resonance enhanced fiber-optic photoacoustic spectrometer[J],OPTICS AND LASER TECHNOLOGY,2020,123
[10]Yang, Yang,Wang, Enyu,Chen, Ke,Yu, Zhihao,Yu, Qingxu.Fiber-Optic Fabry-Perot Sensor for Simultaneous Measurement of Tilt Angle and Vibration Acceleration[J],IEEE SENSORS JOURNAL,2019,19(6):2162-2169
[11]Chen, Ke,Zhang, Bo,Liu, Shuai,Jin, Feng,Guo, Min,Chen, Yewei,Yu, Qingxu.Highly sensitive photoacoustic gas sensor based on multiple reflections on the cell wall[J],SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL,2019,290:119-124
[12]Chen, Ke,Wang, Zelin,Guo, Min,Liu, Bowen,Yu, Qingxu.Single-mode fiber-optic Fabry-Perot interferometry sensor based on optical cross-correlation demodulation[J],OPTICAL ENGINEERING,2019,58(2)
[13]Chen, Ke,Lou, Mingqi,Yu, Qingxu,Guo, Min,Liu, Shuai,Zhang, Bo,Deng, Hong,Zheng, Yonghao,Chen, Yewei,Luo, Chen,Tao, Li.Fiber-optic photoacoustic sensor for remote monitoring of gas micro-leakage[J],OPTICS EXPRESS,2019,27(4):4648-4659
[14]Chen, Ke,Zhang, Bo,Liu, Shuai,Yu, Qingxu.Parts-per-billion-level detection of hydrogen sulfide based on near-infrared all-optical photoacoustic spectroscopy[J],SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL,2019,283:1-5
[15]Zhou, Xinlei,Li, Li,Lu, Bohan,Chen, Ke,Peng, Wei,Yu, Qingxu.Effects of the damage layer on connection loss of fiber-optic connectors[J],OPTICAL FIBER TECHNOLOGY,2018,46:137-140
[16]Chen, Ke,Yu, Zhihao,Gong, Zhenfeng,Yu, Qingxu.Lock-in white-light-interferometry-based all-optical photoacoustic spectrometer[J],OPTICS LETTERS,2018,43(20):5038-5041
[17]Chen, Ke,Guo, Min,Yang, Yang,Liu, Kang,Cai, Wanjin,Yu, Qingxu.A Fiber-Optic Displacement Sensor Based on High-Precision Differential Phase Measurement[J],JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,2018,36(18):4046-4050
[18]陈珂,袁帅,宫振峰,于清旭.基于激光光声光谱超高灵敏度检测SF_6分解组分H_2S[J],中国激光,2018,09:138-144
[19]Chen, Ke,Yu, Qingxu,Gong, Zhenfeng,Guo, Min,Qu, Chao.Ultra-high sensitive fiber-optic Fabry-Perot cantilever enhanced resonant photoacoustic spectroscopy[J],SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL,2018,268:205-209
[20]Chen, Ke,Gong, Zhenfeng,Guo, Min,Yu, Shaochen,Qu, Chao,Zhou, Xinlei,Yu, Qingxu.Fiber-optic Fabry-Perot interferometer based high sensitive cantilever microphone[J],SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL,2018,279:107-112
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专利

当前位置: 中文主页 >> 科研成果 >> 专利
一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪
一种单光源光纤分布温度与定点压力测量系统及方法
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科研项目

当前位置: 中文主页 >> 科研成果 >> 科研项目
全光学光声光谱多组分微量气体分析仪开发, 2019/11/07-2020/11/07, 进行
面向石化厂区气体微泄漏监测的光纤光声传感技术研究, 辽宁省自然科学基金, 2019/08/16, 进行
基于全光学光声光谱的超高灵敏度痕量气体检测技术研究, 国家自然科学基金, 2019/08/16, 进行
高精度光声光谱检测仪研制及应用示范, 2019/06/10-2021/12/31, 进行
光声光谱DGA检测方法及装置性能评估, 2017/11/15-2018/02/15, 进行
用于共振光声光谱测量的锁相放大器开发, 2017/04/20-2017/07/20, 进行
用于激光测距系统的光发射与接收器开发, 2016/11/08-2016/12/31, 进行
光频域反射式多参量融合分布传感技术研究, 辽宁省博士科研启动基金, 2016/09/30, 进行
基于扫频和固定频率涡流检测的锁相放大器研制, 2016/07/15-2016/09/30, 进行
基于光声光谱技术的多气体组分分析仪研发, 2019/03/01-2020/02/29, 进行
基于铁碳镀膜光纤光栅传感器的钢筋钝化和脱钝腐蚀监控技术研究, 国家自然科学基金, 2018/08/16, 进行
局域表面等离子激元增强的纳米芯片图像生化传感技术研究, 国家自然科学基金, 2017/08/17, 进行
油中溶解气体监测装置交叉敏感性分析及研究, 2017/03/13-2017/05/31, 进行
基于Scheimpflug原理的新型大气激光雷达技术研究, 国家重点研发计划, 2016/07/13, 进行
基于光声光谱技术的变压器油中溶解气体分析单元研发, 2015/01/07-2016/12/31, 进行
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微量气体检测-光声...

自2009年起开始从事激光光谱技术、光纤传感技术、近/中红外激光器技术和微弱信号检测技术等方面的研究工作，主要开展了光声光谱微量气体检测技术、光纤FPI压力/声波传感技术、大气污染物激光雷达探测技术和近/中红外可调谐激光器技术等方面的研究工作，积累了丰厚的研究基础与经验。依托国家自然科学基金面上项目、鞍山激光产业园资助项目和多项企业委托项目，设计了全光学激光光声光谱仪，新型近红外激光光声光谱仪集成了近红外宽带可调谐光纤激光器、高灵敏光纤悬臂梁声波传感器和共振式光声池，实现了对多种特征气体的高灵敏测量，其中对乙炔、氨气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯的极限检测灵敏度达到40 ppt、80ppt、5 ppb、400ppb、1000 ppb、30 ppb和80 ppb，均为国际领先水平。近3年来，共发表SCI/EI检索论文30余篇，其中第一作者/通信作者论文16篇，包括SCI一区国际著名期刊Optics letters 2篇，Sensors and actuators B 3篇，Journal of Lightwave Technology 4篇；已申请和授权发明专利13项，其中第一发明人专利11项。

1.1 光纤FPI声波传感器研究
在光纤FPI声波传感器研究方面，本人已掌握了声波传播与耦合理论、声波敏感膜材料制备、传感器结构和光学探测等关键技术。本项目组前期先后研制了基于聚对苯二甲酸乙二酯醇(PET)膜、银膜和Parylene-C膜的的光纤声波传感器，其中当磁控溅射的银膜厚度为500nm，直径为6mm时，研制的光纤声波传感器的等效噪声声压可以达到40μPa/Hz^1/2，1.6kHz频率下的压力灵敏度达到5.97nm/Pa（High-sensitivity fiber-optic acoustic sensor for photoacoustic spectroscopy based traces gas detection. Sensors and Actuators B: Chemical, 2017, 247: 290-295.）。设计的基于500nm厚度的Parylene-C膜的光纤声波传感器在次声波段具有极高的响应度，可达到2.2μm/Pa，等效噪声声压为22.1μPa/Hz^1/2。（High-sensitivity Fabry-Perot interferometric acoustic sensor for low-frequency acoustic pressure detections. Journal of Lightwave Technology, 2017, 35(24): 5276-5279.）

图8 基于不锈钢悬臂梁的光纤声波传感器实物图

图2 光纤悬臂梁声波传感器的频率响应
光纤悬臂梁声波传感器是本项目组的最新研究成果，其在稳定性、检测灵敏度和线性度方面相比膜片式声波传感器具有明显的优势（Chen K, Gong Z, Guo M, et al. Fiber-optic Fabry-Perot interferometer based high sensitive cantilever microphone[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2018.）。图1是本项目组在近期研制的基于不锈钢悬臂梁的光纤声波传感器实物图，悬臂梁尺寸为1.5 mm×0.8 mm，厚度为10 μm。图2是光纤悬臂梁声波传感器的频率响应，在1kHz频率附近的灵敏度超过200 nm/Pa。
1.2 光纤FPI声波传感器解调技术研究
为解决传统干涉-强度解调法和迈克尔逊干涉解调法存在的稳定性差和精度低等问题，提出了一种基于光纤白光干涉仪（WLI）的F-P腔长高速动态解调法（A fiber-optic Fabry-Perot accelerometer based on high-speed white light interferometry demodulation. Journal of Lightwave Technology, 2017, 36(9): 1562-1567.）。在此基础上，设计了如图3所示的基于高速光谱解调的光纤悬臂梁声波传感器（发明专利：一种光纤F-P腔式声波传感器的解调方法，申请号：**8.1），大幅度提高了声波探测的灵敏度、动态范围和稳定性，1kHz频率下腔长解调的噪声密度低至1.06 pm/Hz^1/2。在10 mPa声压下，与世界领先的微音器制造商英国Brüel & Kj?r公司生产的4189型电容式微音器的对比实验结果如图4所示，新型光纤悬臂梁声波传感器探测的声波信号的信噪比比电容式微音器高出1个数量级，在1kHz下的等效噪声声压达到5μPa/Hz^1/2，是目前已知的最好水平（Chen K, Yu Z, Yu Q, et al. Fast demodulated white-light interferometry-based fiber-optic Fabry–Perot cantilever microphone[J]. Optics letters, 2018, 43(14): 3417-3420.）。

图3 基于高速光谱解调的光纤悬臂梁声波传感器解调系统

图4 光纤悬臂梁声波传感器和电容式微音器探测的声波信号的频谱对比图
基于光学相关原理的单模光纤FPI解调技术是项目申请人的最新研究成果，其核心是采用基于平板玻璃的空间相位调制器代替传统的高精密光楔，构建一种结构简单、成本低廉的单模光纤FPI解调系统（发明专利：一种空间相位调制型激光干涉测量仪器及方法，申请号：**7.3）。采用低功率LED光源，CCD的积分时间设置为10s时，测量的不同F-P腔长下滤波后的光学相关图像如图5所示，解调的F-P腔长分辨率达到0.72nm（基于光学相关的光纤法布里-珀罗传感器解调仪，光子学报）。

图5不同F-P腔长下滤波后的光学相关图像
1.3 光声光谱技术研究

图6（a）研制的中红外光声光谱变压器油中溶解气体在线监测系统样机；（b）研制的中红外多组分光声光谱微量气体检测仪；（c）研制的高灵敏度激光光声光谱仪；（d）中国计量科学研究院检测报告
本人在近几年负责和参与设计了多套光声光谱仪，包括基于红外热辐射光源的光声光谱多组分微量气体检测仪（如图6(a)和图6(b)所示）和基于近红外光纤放大激光光源的高灵敏光声光谱仪（如图6(c)所示），其中，基于红外热辐射光源的光声光谱多组分微量气体检测仪可实现对CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO和CO₂等6种气体的实时测量，检测灵敏度小于1ppm；基于近红外光纤放大激光光源的高灵敏光声光谱仪对H₂S和C₂H₂的检测灵敏度分别达到15ppb和0.37ppb（Chen K, Gong Z, Yu Q. Fiber-amplifier-enhanced resonant photoacoustic sensor for sub-ppb level acetylene detection[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2018, 274: 184-188.），图6(d)是该仪器在中国计量科学研究院测试的检测报告（报告编号：NHqt2017-7102）。

图7 基于光纤声波传感器的高灵敏激光光声光谱系统结构
在基于光纤声波传感器的光声光谱研究方面，本项目组设计了基于Parylene-C膜光纤声波传感器的多组分光声光谱系统，对CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO和CO₂等6种气体的检测了灵敏度分别达到0.21ppm、0.13 ppm、0.16 ppm、0.11 ppm、0.15 ppm和0.48 ppm（Photoacoustic spectroscopy based multi-gas detection using high-sensitivity fiber-optic low-frequency acoustic sensor. Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 260: 357-363.）。本人在近期提出了一种光纤悬臂梁增强型共振光声光谱方案（Research on fiber-optic cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy for trace gas detection, 2017 International Conference on Optical Instruments and Technology: Optoelectronic Measurement Technology and Systems. International Society for Optics and Photonics, 2018, 10621: **.），采用光纤悬臂梁声波传感器对1.4kHz光声信号的高灵敏探测，结合干涉-强度解调法，系统对NH₃的检测灵敏度达到3ppb。在此基础上设计了如图7所示的痕量C₂H₂检测系统，结合快速光谱解调法，测量的不同浓度C₂H₂气体的二次谐波信号如图8所示，系统在200s测量时间下对C₂H₂的极限灵敏度达到80ppt，比前期实验结果提高了1个数量级（Chen K, Yu Q, Gong Z, et al. Ultra-high sensitive fiber-optic Fabry-Perot cantilever enhanced resonant photoacoustic spectroscopy[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 268: 205-209.）。在光纤声波传感器增强型光声光谱研究中，项目申请人还提出了一种提高检测灵敏度的悬臂梁与光声池的频率匹配方法（发明专利：一种悬臂梁与光声池双共振增强型光声光谱检测系统及方法，申请号：**2.8）以及一种基于快速光谱解调法的光声锁相探测方法（发明专利：一种扫描激光干涉型光纤声波锁相探测系统及方法，申请号：**2.X）。

图8基于光纤声波传感器的高灵敏激光光声光谱系统探测的二次谐波信号

全光学光声光谱多...

本科研团队自上世纪90年代起开始从事光声光谱微量气体检测技术方面的研究工作，积累了丰厚的研究基础与经验。依托国家自然科学基金面上项目、鞍山激光产业园资助项目和多项企业委托项目，设计了全光学激光光声光谱仪，新型近红外激光光声光谱仪集成了近红外宽带可调谐光纤激光器、高灵敏光纤悬臂梁声波传感器和共振式光声池，实现了对多种特征气体的高灵敏测量，其中对乙炔、氨气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯的极限检测灵敏度达到40 ppt、80ppt、5 ppb、400ppb、1000 ppb、30 ppb和80 ppb，均为国际领先水平。近3年来，共发表相关SCI/EI检索论文30余篇，已申请和授权发明专利13项。
本团队可定制基于光纤悬臂梁声波传感器的超高灵敏度光声光谱微量气体检测仪器，也可提供现有的“全光学光声光谱多组分微量气体分析仪”（型号：AOPAS1008），其性能指标如下：

仪器内部图片如下图所示：

光声光谱信号处理仪

本科研团队自上世纪90年代起开始从事光声光谱微量气体检测技术方面的研究工作，积累了丰厚的研究基础与经验。依托国家自然科学基金面上项目、鞍山激光产业园资助项目和多项企业委托项目，设计了全光学激光光声光谱仪，新型近红外激光光声光谱仪集成了近红外宽带可调谐光纤激光器、高灵敏光纤悬臂梁声波传感器和共振式光声池，实现了对多种特征气体的高灵敏测量，其中对乙炔、氨气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯的极限检测灵敏度达到40 ppt、80ppt、5 ppb、400ppb、1000 ppb、30 ppb和80 ppb，均为国际领先水平。近3年来，共发表相关SCI/EI检索论文30余篇，已申请和授权发明专利13项。
本团队可定制光声光谱信号测量与处理仪器，也可提供现有的“光声光谱信号处理仪”（型号：PASLIA1002），其性能指标如下：
1 光声信号输入通道数 2通道同步
2 光声信号输入电压范围 10nV~1V
3 信号输入通道ADC位数 16位
4 等效输入电压噪声 5nV/√Hz@1kHz
5 信号输入阻抗 10M欧
6 动态储备大于120dB
7 积分时间 10ms~100s
8 通道隔离度大于120dB
9 斩波器参考频率范围 20~2000Hz
10 参考输入阻抗 1M欧
11 参考输入电平峰峰值 1V~10V
12 数据传输接口 TCP/IP或者USB
13 工作温度 -20℃ 至 60℃
14 电源供应 220V交流，0.2A

仪器内部图片如下图所示：

32通道FPGA锁相放...

本人拥有10多年的光电子电路、微弱信号检测与仪器设计经验。设计的多通道锁相放大模块性能稳定可靠，已应用于近50台科学仪器、油田测井仪器和光谱仪器中。
专业定制各种用途锁相放大仪器及模块,其特点在于体积小、功能针对性强，特别适合多通道微弱信号检测和系统集成。开发的32通道、48通道、双通道同步数字锁相放大器（包含光探测模块）已应用于科学院所的飞秒激光光谱测量实验、TDLAS气体检测、光声光谱信号探测、压电陶瓷谐振特性研究、涡流无损检测和荧光光谱探测中，性能优异。
锁相放大模块或仪器的功能根据客户要求定制，主要性能参数如下：
频率范围：0-100kHz
工作模式：固定频率或者扫描模式
参考信号：内参考或者外参考
通道数：32-256
输入电压:1nV-5V
积分时间：1ms-10s
谐波次数：1-8
通信接口：USB、RS232或者RS485
定制功能：支持

已设计的锁相放大器如下：

微弱信号检测-定制...

本人拥有10多年的光电子电路、微弱信号检测与仪器设计经验。设计的多通道锁相放大模块性能稳定可靠，已应用于近50台科学仪器、油田测井仪器和光谱仪器中。
专业定制各种用途锁相放大仪器及模块,其特点在于体积小、功能针对性强，特别适合多通道微弱信号检测和系统集成。开发的32通道、48通道、双通道同步数字锁相放大器（包含光探测模块）已应用于科学院所的飞秒激光光谱测量实验、TDLAS气体检测、光声光谱信号探测、压电陶瓷谐振特性研究、涡流无损检测和荧光光谱探测中，性能优异。
锁相放大模块或仪器的功能根据客户要求定制，主要性能参数如下：
频率范围：0-100MHz
工作模式：固定频率或者扫描模式
参考信号：内参考或者外参考
通道数：1-256
输入电压:1nV-5V
积分时间：1ms-10s
谐波次数：1-8
通信接口：USB、RS232或者RS485
定制功能：支持

已设计的锁相放大器如下：

智能油井-光纤传感

光纤传感器以其独特的优势在油田测井领域获得了广泛关注，然而油井下的高温高压环境，使光纤传感器的可靠性和长期稳定性面临巨大挑战。此外，光纤传感解调仪器和特种光纤价格昂贵，造成光纤测井系统成本较高。本文针对光纤测井中对分布温度和压力同时测量的需求，设计了单模光纤IOFDR-DTS系统，对系统中的关键技术进行了深入研究，并在此基础上，提出了多种光纤传感器融合技术，为减小光纤测井系统成本，提高系统稳定性提出新的解决方案。本人近年来的主要研究工作如下：
(1) 对IOFDR-DTS系统以及多种光纤传感器融合方案的原理进行了介绍和分析。首先对IOFDR-DTS的测温原理以及空间定位原理进行了理论分析，并模拟了IOFDR-DTS的幅频响应和相频响应，为IOFDR-DTS系统光路设计和弱信号检测系统设计提供理论依据。在对FBG传感器和光纤EFPI传感器的解调方法以及半导体LD的辐射特性研究的基础上，分别提出了单光源Raman/FBG、Raman/EFPI和Raman/EFPI/FBG三种光纤传感融合方案。LD光源作为融合测量系统的公共光源，其发射的受激辐射光用于拉曼分布温度测量；发射的自发辐射光用于光纤EFPI和FBG传感测量。
(2) 针对光纤测井中对分布温度测量的需求，设计了一种基于IOFDR的单模光纤DTS系统。考虑光纤的“氢损”现象，采用中心波长为1064nm的LD作为光源，并采用碳涂覆纯石英芯单模光纤作为测温光纤。根据多振动模式模型计算了光纤中的自发拉曼散射光谱，并依此确定了拉曼WDM的设计参数。为提高微弱后向拉曼散射光信号检测的信噪比，对APD及其互阻放大电路的噪声进行了分析，为低噪声光探测电路的设计提供理论指导。此外，对系统硬件和软件设计进行了介绍和分析。
(3) 对单模光纤IOFDR-DTS系统中的关键技术进行了深入研究，并提出了相应的解决方案。首先针对IOFDR-DTS系统中的微弱拉曼散射光信号检测问题，提出了一种3通道同步射频锁相放大测量技术，实现对相位参考光、后向拉曼斯托克斯散射光和后向拉曼反斯托克斯散射光信号的同步测量。利用FPGA的并行信号处理优势，设计了基于FPGA的3通道射频锁相放大器，其扫描频率范围为1kHz-100MHz，将调制频率为68MHz时的后向拉曼散射光信号的信噪比从-49.8dB提高到30.9dB。为进一步提高DTS性能，提出一种自适应动态小波阈值去噪法，根据DTS中参考光纤段分布温度值的标准差自动调整高频小波系数的初始阈值，将温度分辨率提高了1倍。其次，对单模光纤DTS中的偏振效应进行了理论和实验研究。通过误差分析推导出了温度测量的偏振相关误差与PDL和PDR之间的定量关系，计算的偏振相关误差为±4.1℃，与实验测量值±3℃基本吻合。为减小偏振相关误差，根据IOFDR-DTS的步进扫频测量方式，提出一种基于低速光纤挤压式EPC的同步扰偏技术。并对同步扰偏过程中光偏振态在邦加球上的分布进行仿真分析，确定了一组优化的偏振控制参数。实验结果表明，采用同步扰偏技术后，偏振相关误差基本消除。最后，测试了单模光纤IOFDR-DTS系统的主要性能指标，空间分辨率达到0.93m，2.5km测量距离处的温度分辨率达到0.2℃，最大测量距离为5km。
(4) 针对光纤测井和结构健康监测等领域对多种参量同时测量的需求，设计了多种光纤传感器融合系统。设计的Raman/FBG融合系统实现了分布温度与准分布式温度/应变的同时测量。实验结果表明，分布温度测量与准分布温度/应变测量几乎没有干扰，并且拉曼分布式温度测量的温度分辨率可达到0.4°C，FBG准分布式测量的温度分辨率和动态应变分辨率分别达到0.08°C和64n，可被FBG复用的光谱范围超过50nm。此外，针对光纤测井应用设计的Raman/EFPI和Raman/EFPI/FBG融合系统，可采用同时测量法或者分时测量法监测井下分布温度和压力。其中，Raman/EFPI融合系统采用DTS测量的温度对光纤EFPI压力测量进行温度补偿，可实现5.3kPa的压强测量分辨率；Raman/EFPI/FBG融合系统则采用FBG温度传感器对光纤EFPI压力测量进行温度补偿，可实现2.1kPa的压强测量分辨率。

4通道光纤FBG/F-P传感器解调仪

基于IOFDR的单模光纤DTS系统实物图

控制与信号处理电路实物图

Raman/EFPI融合传感系统结构图

EFPI-FBG传感器的反射谱

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微量气体检测-光声光谱

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自2009年起开始从事激光光谱技术、光纤传感技术、近/中红外激光器技术和微弱信号检测技术等方面的研究工作，主要开展了光声光谱微量气体检测技术、光纤FPI压力/声波传感技术、大气污染物激光雷达探测技术和近/中红外可调谐激光器技术等方面的研究工作，积累了丰厚的研究基础与经验。依托国家自然科学基金面上项目、鞍山激光产业园资助项目和多项企业委托项目，设计了全光学激光光声光谱仪，新型近红外激光光声光谱仪集成了近红外宽带可调谐光纤激光器、高灵敏光纤悬臂梁声波传感器和共振式光声池，实现了对多种特征气体的高灵敏测量，其中对乙炔、氨气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯的极限检测灵敏度达到40 ppt、80ppt、5 ppb、400ppb、1000 ppb、30 ppb和80 ppb，均为国际领先水平。近3年来，共发表SCI/EI检索论文30余篇，其中第一作者/通信作者论文16篇，包括SCI一区国际著名期刊Optics letters 2篇，Sensors and actuators B 3篇，Journal of Lightwave Technology 4篇；已申请和授权发明专利13项，其中第一发明人专利11项。

1.1 光纤FPI声波传感器研究
在光纤FPI声波传感器研究方面，本人已掌握了声波传播与耦合理论、声波敏感膜材料制备、传感器结构和光学探测等关键技术。本项目组前期先后研制了基于聚对苯二甲酸乙二酯醇(PET)膜、银膜和Parylene-C膜的的光纤声波传感器，其中当磁控溅射的银膜厚度为500nm，直径为6mm时，研制的光纤声波传感器的等效噪声声压可以达到40μPa/Hz^1/2，1.6kHz频率下的压力灵敏度达到5.97nm/Pa（High-sensitivity fiber-optic acoustic sensor for photoacoustic spectroscopy based traces gas detection. Sensors and Actuators B: Chemical, 2017, 247: 290-295.）。设计的基于500nm厚度的Parylene-C膜的光纤声波传感器在次声波段具有极高的响应度，可达到2.2μm/Pa，等效噪声声压为22.1μPa/Hz^1/2。（High-sensitivity Fabry-Perot interferometric acoustic sensor for low-frequency acoustic pressure detections. Journal of Lightwave Technology, 2017, 35(24): 5276-5279.）

图8 基于不锈钢悬臂梁的光纤声波传感器实物图

图2 光纤悬臂梁声波传感器的频率响应
光纤悬臂梁声波传感器是本项目组的最新研究成果，其在稳定性、检测灵敏度和线性度方面相比膜片式声波传感器具有明显的优势（Chen K, Gong Z, Guo M, et al. Fiber-optic Fabry-Perot interferometer based high sensitive cantilever microphone[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2018.）。图1是本项目组在近期研制的基于不锈钢悬臂梁的光纤声波传感器实物图，悬臂梁尺寸为1.5 mm×0.8 mm，厚度为10 μm。图2是光纤悬臂梁声波传感器的频率响应，在1kHz频率附近的灵敏度超过200 nm/Pa。
1.2 光纤FPI声波传感器解调技术研究
为解决传统干涉-强度解调法和迈克尔逊干涉解调法存在的稳定性差和精度低等问题，提出了一种基于光纤白光干涉仪（WLI）的F-P腔长高速动态解调法（A fiber-optic Fabry-Perot accelerometer based on high-speed white light interferometry demodulation. Journal of Lightwave Technology, 2017, 36(9): 1562-1567.）。在此基础上，设计了如图3所示的基于高速光谱解调的光纤悬臂梁声波传感器（发明专利：一种光纤F-P腔式声波传感器的解调方法，申请号：**8.1），大幅度提高了声波探测的灵敏度、动态范围和稳定性，1kHz频率下腔长解调的噪声密度低至1.06 pm/Hz^1/2。在10 mPa声压下，与世界领先的微音器制造商英国Brüel & Kj?r公司生产的4189型电容式微音器的对比实验结果如图4所示，新型光纤悬臂梁声波传感器探测的声波信号的信噪比比电容式微音器高出1个数量级，在1kHz下的等效噪声声压达到5μPa/Hz^1/2，是目前已知的最好水平（Chen K, Yu Z, Yu Q, et al. Fast demodulated white-light interferometry-based fiber-optic Fabry–Perot cantilever microphone[J]. Optics letters, 2018, 43(14): 3417-3420.）。

图3 基于高速光谱解调的光纤悬臂梁声波传感器解调系统

图4 光纤悬臂梁声波传感器和电容式微音器探测的声波信号的频谱对比图
基于光学相关原理的单模光纤FPI解调技术是项目申请人的最新研究成果，其核心是采用基于平板玻璃的空间相位调制器代替传统的高精密光楔，构建一种结构简单、成本低廉的单模光纤FPI解调系统（发明专利：一种空间相位调制型激光干涉测量仪器及方法，申请号：**7.3）。采用低功率LED光源，CCD的积分时间设置为10s时，测量的不同F-P腔长下滤波后的光学相关图像如图5所示，解调的F-P腔长分辨率达到0.72nm（基于光学相关的光纤法布里-珀罗传感器解调仪，光子学报）。

图5不同F-P腔长下滤波后的光学相关图像
1.3 光声光谱技术研究

图6（a）研制的中红外光声光谱变压器油中溶解气体在线监测系统样机；（b）研制的中红外多组分光声光谱微量气体检测仪；（c）研制的高灵敏度激光光声光谱仪；（d）中国计量科学研究院检测报告
本人在近几年负责和参与设计了多套光声光谱仪，包括基于红外热辐射光源的光声光谱多组分微量气体检测仪（如图6(a)和图6(b)所示）和基于近红外光纤放大激光光源的高灵敏光声光谱仪（如图6(c)所示），其中，基于红外热辐射光源的光声光谱多组分微量气体检测仪可实现对CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO和CO₂等6种气体的实时测量，检测灵敏度小于1ppm；基于近红外光纤放大激光光源的高灵敏光声光谱仪对H₂S和C₂H₂的检测灵敏度分别达到15ppb和0.37ppb（Chen K, Gong Z, Yu Q. Fiber-amplifier-enhanced resonant photoacoustic sensor for sub-ppb level acetylene detection[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2018, 274: 184-188.），图6(d)是该仪器在中国计量科学研究院测试的检测报告（报告编号：NHqt2017-7102）。

图7 基于光纤声波传感器的高灵敏激光光声光谱系统结构
在基于光纤声波传感器的光声光谱研究方面，本项目组设计了基于Parylene-C膜光纤声波传感器的多组分光声光谱系统，对CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO和CO₂等6种气体的检测了灵敏度分别达到0.21ppm、0.13 ppm、0.16 ppm、0.11 ppm、0.15 ppm和0.48 ppm（Photoacoustic spectroscopy based multi-gas detection using high-sensitivity fiber-optic low-frequency acoustic sensor. Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 260: 357-363.）。本人在近期提出了一种光纤悬臂梁增强型共振光声光谱方案（Research on fiber-optic cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy for trace gas detection, 2017 International Conference on Optical Instruments and Technology: Optoelectronic Measurement Technology and Systems. International Society for Optics and Photonics, 2018, 10621: **.），采用光纤悬臂梁声波传感器对1.4kHz光声信号的高灵敏探测，结合干涉-强度解调法，系统对NH₃的检测灵敏度达到3ppb。在此基础上设计了如图7所示的痕量C₂H₂检测系统，结合快速光谱解调法，测量的不同浓度C₂H₂气体的二次谐波信号如图8所示，系统在200s测量时间下对C₂H₂的极限灵敏度达到80ppt，比前期实验结果提高了1个数量级（Chen K, Yu Q, Gong Z, et al. Ultra-high sensitive fiber-optic Fabry-Perot cantilever enhanced resonant photoacoustic spectroscopy[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 268: 205-209.）。在光纤声波传感器增强型光声光谱研究中，项目申请人还提出了一种提高检测灵敏度的悬臂梁与光声池的频率匹配方法（发明专利：一种悬臂梁与光声池双共振增强型光声光谱检测系统及方法，申请号：**2.8）以及一种基于快速光谱解调法的光声锁相探测方法（发明专利：一种扫描激光干涉型光纤声波锁相探测系统及方法，申请号：**2.X）。

图8基于光纤声波传感器的高灵敏激光光声光谱系统探测的二次谐波信号

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全光学光声光谱多组分微量气体分析仪

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本科研团队自上世纪90年代起开始从事光声光谱微量气体检测技术方面的研究工作，积累了丰厚的研究基础与经验。依托国家自然科学基金面上项目、鞍山激光产业园资助项目和多项企业委托项目，设计了全光学激光光声光谱仪，新型近红外激光光声光谱仪集成了近红外宽带可调谐光纤激光器、高灵敏光纤悬臂梁声波传感器和共振式光声池，实现了对多种特征气体的高灵敏测量，其中对乙炔、氨气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯的极限检测灵敏度达到40 ppt、80ppt、5 ppb、400ppb、1000 ppb、30 ppb和80 ppb，均为国际领先水平。近3年来，共发表相关SCI/EI检索论文30余篇，已申请和授权发明专利13项。
本团队可定制基于光纤悬臂梁声波传感器的超高灵敏度光声光谱微量气体检测仪器，也可提供现有的“全光学光声光谱多组分微量气体分析仪”（型号：AOPAS1008），其性能指标如下：

仪器内部图片如下图所示：

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光声光谱信号处理仪

当前位置: 中文主页 >> 工程应用 >> 光声光谱信号处理仪
本科研团队自上世纪90年代起开始从事光声光谱微量气体检测技术方面的研究工作，积累了丰厚的研究基础与经验。依托国家自然科学基金面上项目、鞍山激光产业园资助项目和多项企业委托项目，设计了全光学激光光声光谱仪，新型近红外激光光声光谱仪集成了近红外宽带可调谐光纤激光器、高灵敏光纤悬臂梁声波传感器和共振式光声池，实现了对多种特征气体的高灵敏测量，其中对乙炔、氨气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯的极限检测灵敏度达到40 ppt、80ppt、5 ppb、400ppb、1000 ppb、30 ppb和80 ppb，均为国际领先水平。近3年来，共发表相关SCI/EI检索论文30余篇，已申请和授权发明专利13项。
本团队可定制光声光谱信号测量与处理仪器，也可提供现有的“光声光谱信号处理仪”（型号：PASLIA1002），其性能指标如下：
1 光声信号输入通道数 2通道同步
2 光声信号输入电压范围 10nV~1V
3 信号输入通道ADC位数 16位
4 等效输入电压噪声 5nV/√Hz@1kHz
5 信号输入阻抗 10M欧
6 动态储备大于120dB
7 积分时间 10ms~100s
8 通道隔离度大于120dB
9 斩波器参考频率范围 20~2000Hz
10 参考输入阻抗 1M欧
11 参考输入电平峰峰值 1V~10V
12 数据传输接口 TCP/IP或者USB
13 工作温度 -20℃ 至 60℃
14 电源供应 220V交流，0.2A

仪器内部图片如下图所示：

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32通道FPGA锁相放大器

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本人拥有10多年的光电子电路、微弱信号检测与仪器设计经验。设计的多通道锁相放大模块性能稳定可靠，已应用于近50台科学仪器、油田测井仪器和光谱仪器中。
专业定制各种用途锁相放大仪器及模块,其特点在于体积小、功能针对性强，特别适合多通道微弱信号检测和系统集成。开发的32通道、48通道、双通道同步数字锁相放大器（包含光探测模块）已应用于科学院所的飞秒激光光谱测量实验、TDLAS气体检测、光声光谱信号探测、压电陶瓷谐振特性研究、涡流无损检测和荧光光谱探测中，性能优异。
锁相放大模块或仪器的功能根据客户要求定制，主要性能参数如下：
频率范围：0-100kHz
工作模式：固定频率或者扫描模式
参考信号：内参考或者外参考
通道数：32-256
输入电压:1nV-5V
积分时间：1ms-10s
谐波次数：1-8
通信接口：USB、RS232或者RS485
定制功能：支持

已设计的锁相放大器如下：

基本信息Personal Information

微弱信号检测-定制锁相放大器

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本人拥有10多年的光电子电路、微弱信号检测与仪器设计经验。设计的多通道锁相放大模块性能稳定可靠，已应用于近50台科学仪器、油田测井仪器和光谱仪器中。
专业定制各种用途锁相放大仪器及模块,其特点在于体积小、功能针对性强，特别适合多通道微弱信号检测和系统集成。开发的32通道、48通道、双通道同步数字锁相放大器（包含光探测模块）已应用于科学院所的飞秒激光光谱测量实验、TDLAS气体检测、光声光谱信号探测、压电陶瓷谐振特性研究、涡流无损检测和荧光光谱探测中，性能优异。
锁相放大模块或仪器的功能根据客户要求定制，主要性能参数如下：
频率范围：0-100MHz
工作模式：固定频率或者扫描模式
参考信号：内参考或者外参考
通道数：1-256
输入电压:1nV-5V
积分时间：1ms-10s
谐波次数：1-8
通信接口：USB、RS232或者RS485
定制功能：支持

已设计的锁相放大器如下：

基本信息Personal Information

智能油井-光纤传感

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光纤传感器以其独特的优势在油田测井领域获得了广泛关注，然而油井下的高温高压环境，使光纤传感器的可靠性和长期稳定性面临巨大挑战。此外，光纤传感解调仪器和特种光纤价格昂贵，造成光纤测井系统成本较高。本文针对光纤测井中对分布温度和压力同时测量的需求，设计了单模光纤IOFDR-DTS系统，对系统中的关键技术进行了深入研究，并在此基础上，提出了多种光纤传感器融合技术，为减小光纤测井系统成本，提高系统稳定性提出新的解决方案。本人近年来的主要研究工作如下：
(1) 对IOFDR-DTS系统以及多种光纤传感器融合方案的原理进行了介绍和分析。首先对IOFDR-DTS的测温原理以及空间定位原理进行了理论分析，并模拟了IOFDR-DTS的幅频响应和相频响应，为IOFDR-DTS系统光路设计和弱信号检测系统设计提供理论依据。在对FBG传感器和光纤EFPI传感器的解调方法以及半导体LD的辐射特性研究的基础上，分别提出了单光源Raman/FBG、Raman/EFPI和Raman/EFPI/FBG三种光纤传感融合方案。LD光源作为融合测量系统的公共光源，其发射的受激辐射光用于拉曼分布温度测量；发射的自发辐射光用于光纤EFPI和FBG传感测量。
(2) 针对光纤测井中对分布温度测量的需求，设计了一种基于IOFDR的单模光纤DTS系统。考虑光纤的“氢损”现象，采用中心波长为1064nm的LD作为光源，并采用碳涂覆纯石英芯单模光纤作为测温光纤。根据多振动模式模型计算了光纤中的自发拉曼散射光谱，并依此确定了拉曼WDM的设计参数。为提高微弱后向拉曼散射光信号检测的信噪比，对APD及其互阻放大电路的噪声进行了分析，为低噪声光探测电路的设计提供理论指导。此外，对系统硬件和软件设计进行了介绍和分析。
(3) 对单模光纤IOFDR-DTS系统中的关键技术进行了深入研究，并提出了相应的解决方案。首先针对IOFDR-DTS系统中的微弱拉曼散射光信号检测问题，提出了一种3通道同步射频锁相放大测量技术，实现对相位参考光、后向拉曼斯托克斯散射光和后向拉曼反斯托克斯散射光信号的同步测量。利用FPGA的并行信号处理优势，设计了基于FPGA的3通道射频锁相放大器，其扫描频率范围为1kHz-100MHz，将调制频率为68MHz时的后向拉曼散射光信号的信噪比从-49.8dB提高到30.9dB。为进一步提高DTS性能，提出一种自适应动态小波阈值去噪法，根据DTS中参考光纤段分布温度值的标准差自动调整高频小波系数的初始阈值，将温度分辨率提高了1倍。其次，对单模光纤DTS中的偏振效应进行了理论和实验研究。通过误差分析推导出了温度测量的偏振相关误差与PDL和PDR之间的定量关系，计算的偏振相关误差为±4.1℃，与实验测量值±3℃基本吻合。为减小偏振相关误差，根据IOFDR-DTS的步进扫频测量方式，提出一种基于低速光纤挤压式EPC的同步扰偏技术。并对同步扰偏过程中光偏振态在邦加球上的分布进行仿真分析，确定了一组优化的偏振控制参数。实验结果表明，采用同步扰偏技术后，偏振相关误差基本消除。最后，测试了单模光纤IOFDR-DTS系统的主要性能指标，空间分辨率达到0.93m，2.5km测量距离处的温度分辨率达到0.2℃，最大测量距离为5km。
(4) 针对光纤测井和结构健康监测等领域对多种参量同时测量的需求，设计了多种光纤传感器融合系统。设计的Raman/FBG融合系统实现了分布温度与准分布式温度/应变的同时测量。实验结果表明，分布温度测量与准分布温度/应变测量几乎没有干扰，并且拉曼分布式温度测量的温度分辨率可达到0.4°C，FBG准分布式测量的温度分辨率和动态应变分辨率分别达到0.08°C和64n，可被FBG复用的光谱范围超过50nm。此外，针对光纤测井应用设计的Raman/EFPI和Raman/EFPI/FBG融合系统，可采用同时测量法或者分时测量法监测井下分布温度和压力。其中，Raman/EFPI融合系统采用DTS测量的温度对光纤EFPI压力测量进行温度补偿，可实现5.3kPa的压强测量分辨率；Raman/EFPI/FBG融合系统则采用FBG温度传感器对光纤EFPI压力测量进行温度补偿，可实现2.1kPa的压强测量分辨率。

4通道光纤FBG/F-P传感器解调仪

基于IOFDR的单模光纤DTS系统实物图

控制与信号处理电路实物图

Raman/EFPI融合传感系统结构图

EFPI-FBG传感器的反射谱

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光电子学 /2018-2019 /秋学期 /32课时 /2.0学分 /**

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