0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

基于MIM光机械系统的超声波探测

MEMS 来源:MEMS 2023-08-29 09:12 次阅读

光学腔对于提高分子吸收光谱的灵敏度至关重要,分子吸收光谱在高灵敏度气体传感中有着广泛的应用。然而,高精细度腔的使用会限制操作波长范围,从而阻碍更广泛的应用。

据麦姆斯咨询报道,近日,华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室的科研团队在Nature Communications期刊上发表了以“Dual-comb optomechanical spectroscopy”为主题的论文。Shuo Li和Jin Pan为该论文的共同第一作者,通讯作者为闫明研究员、盛继腾研究员、武海斌教授和曾和平教授。

这项研究展示了将双梳光谱学(DCS)与腔光力学相结合的超灵敏多路复用光谱。在双梳激励下,将多路复用分子吸收光谱下转换为外差超声信号,再转换为机械谐振器的振动。中间膜(MIM)腔光机械系统以高位移灵敏度实时探测机械谐振器的振动。这种双梳光机械光谱(DCOS)凭借其优异的灵敏度以及在光谱带宽、分辨率和采集速度等方面的优势,在气体传感应用领域具有广阔的前景。

图1阐述了DCOS的原理,主要包括两个部分:(1)利用双梳作为激发光产生超声波;(2)基于MIM光机械系统的超声波探测。图2a为该实验设置,包括双梳源和用于超声波探测的MIM系统。

19b51c18-45bd-11ee-a2ef-92fbcf53809c.jpg


图1 双梳光机械光谱学(DCOS)

19d09e2a-45bd-11ee-a2ef-92fbcf53809c.jpg


图2 实验设置及结果

为了获得光谱信息,研究人员对持续2秒的时域轨迹进行傅里叶变换,该时域轨迹包含40个干涉图,结果如图3所示。

19de6a32-45bd-11ee-a2ef-92fbcf53809c.jpg


图3 傅里叶变换的DCOS

为了探究DCOS的灵敏度,研究人员在室温和一个大气压(~ 10⁵ Pa)下使用含有1ppm C2H2的N2标准气体混合物。研究人员首先通过比较带有光机械腔与不含光机械腔记录的光声(PA)光谱来证实探测增强效果。在MIM系统的帮助下,该实验获得了约两个数量级的超声探测增强。

19fa3a6e-45bd-11ee-a2ef-92fbcf53809c.jpg


图4 超灵敏探测实验结果

综上所述,该研究阐述了DCOS方法,该方法在不使用谐振腔(或等效装置)来增强分子吸收情况下可提供ppb级灵敏度,并且避免了在波长、镜面涂层、物理尺寸等方面的限制。该方法利用光学梳有望实现覆盖全光谱范围的光谱测量(即从紫外波段到太赫兹波段)。而宽响应带宽(−10 dB下340 kHz)是该系统的另一项优势,这有利于实时的多路复用光谱测量。该方法将DCS与腔光力学两种革命性的技术相结合,有望用于光谱测量,并且具有宽光谱、高分辨率、短测量时间以及最重要的超高探测灵敏度等特性。将这些特性集成到光声传感平台上,将为具备选择性和灵敏度的光谱气体传感及其应用(如痕量检测、多气体监测等)带来了新的发展机遇。

审核编辑:彭菁

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 超声波
    +关注

    关注

    63

    文章

    2980

    浏览量

    138134
  • 谐振器
    +关注

    关注

    4

    文章

    1131

    浏览量

    65826
  • 光谱
    +关注

    关注

    4

    文章

    773

    浏览量

    35031
  • 傅里叶
    +关注

    关注

    0

    文章

    59

    浏览量

    20431
  • 机械系统
    +关注

    关注

    0

    文章

    60

    浏览量

    9613

原文标题:双梳光机械光谱(DCOS)助力高灵敏度气体传感

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    超声波测距系统设计

    超声波测距系统设计由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波
    发表于 10-15 15:25

    超声波接近探测

    `超声波接近探测器 用超声波压电陶瓷换能器,工作在40kHz的匹配对,组成发射和接收网络,外加电源构成的超声波接近探测器,如附图所示。这种能
    发表于 10-16 10:59

    基于超声波传感器的自主移动机器人的探测系统

    与步进电机组成的探测系统。    1、超声波传感器的探测原理及方法分析    超声波传感器的基本原理是发送(超声)压力波包,并测量该波包发射
    发表于 01-19 13:45

    超声波测距原理

    机械方式和电气方式两类,它实际上是一种换能器,在发射端它把电能或机械能转换成声能,接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器,它是利用压电晶体的谐振来工作的
    发表于 04-25 11:32

    超声波测距系统毕设

    1 概述 从技术上看,超声波测距系统在上个世纪70年代已经实用化,从70年代末期开始广泛应用于生产领域。于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的
    发表于 04-18 20:56

    基于超声波的车辆运动探测系统毕业设计下载

    基于超声波的车辆运动探测系统 论文预览: 基于超声波的车辆运动探测系统毕业设计.zip 2016-4-18 15:43 上传 点击文件名下载附件 1.86 MB, 下载次数:
    发表于 07-19 03:08

    超声波焊接原理和应用

    超声波焊接原理:通过超声波发生器将高频电能转换成高等频率的机械运动,随后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部,在该区域,振
    发表于 07-23 10:08

    基于超声波传感器的自主移动机器人探测系统

      摘要:针对自主移动机器人沿墙导航过程,设计一种收发一体式超声波传感器与步进电机组成的探测系统。介绍此系统的结构和软硬件设计。实验总结超声波波束与目标物的入射角大小对测距稳定性的影响
    发表于 11-02 16:04

    Knowles Acoustics超声波声学传感器

      Knowles Acoustics推出用于探测/接收空气中超声波的组件——超声波声学传感器(UAS)。该超声波传感器采用最新的MEMS(微电子
    发表于 11-19 16:42

    浅析伺服电动机机械系统

    1.3伺服电动机机械系统由力或力矩控制并遵循动力学模型,该动力学模型依赖许多未知的系数。由运动学模型表述的相同的机械系统由位置、速度或加速度控制,运动学模型取决于已知的几何系数而且比较容易写成
    发表于 09-17 09:19

    机电一体化中机械系统部件的选择与设计

    机电一体化中机械系统部件的选择与设计 2.1概述 2.2传动机构 2.3导向及支撑结构 2.4机械执行机构与一般机械系统比较,机电一体化机械系统的要求: ① 定位精度要
    发表于 11-20 01:06 0次下载

    机械系统的运动方案设计及机构创新设计

    机械系统运动方案设计, 拟定机械的工作原理,执行机构设计,原动机的选择,传动系统的设计,方案评价与选择,机构运动尺寸设计,机构性能分析,机构运动简图绘制一、拟定机械
    发表于 05-14 23:28 56次下载

    轧辊磨床的机械系统设计

    介绍鞍钢冷轧厂SAXW 1000/2.1X6000轧辊磨床数控化改造中的机械系统设计。为保证轧辊磨床改造后的高精度、高表面加工质量,机械设计以增加系统刚度为主要目标。介绍了砂轮架、拖
    发表于 01-16 11:55 18次下载

    超声波(Ultrasound,又称超声波雷达)定位

    超声波(Ultrasound,又称超声波雷达)定位,即使用发射探头发出频率大于20KHz的声波和计算飞行时间来探测距离。常用的超声波频率有4
    的头像 发表于 03-11 19:29 1.7w次阅读
    <b class='flag-5'>超声波</b>(Ultrasound,又称<b class='flag-5'>超声波</b>雷达)定位

    超声波为什么能探测障碍物

    个重要功能就是探测障碍物。 一、超声波探测障碍物的原理 超声波的产生 超声波的产生主要有两种方式:机械
    的头像 发表于 08-16 10:27 745次阅读