为了分析青藏高原地区甲烷浓度的垂直分布, 本文采用腔衰荡光谱技术(CRDS)设计了一套高灵敏度的球载甲烷浓度实时测量系统, 该测量系统在基于DSP的单板电路上实现腔模锁定、衰荡信号采集、光谱扫描、数据存储等功能并在DSP上实时处理衰荡信号、光谱信号和浓度等数据。本文首先介绍了CRDS测量原理与采用的光谱处理算法, 通过固定高斯线宽的方式改进光谱拟合算法, 使得浓度计算结果得到明显提升。然后, 分析了电路系统采集的衰荡信号与光谱信号, 采集的衰荡信号信噪比达62 dB, 并在实验室使用标准气体进行了标定试验, 标准气体的测量值标准差σ最大为2.2×10-9, 测量值的均方值RMS和标准气体标称值之间的校正可决系数为0.998 7。最后, 系统进行了实际试验, 在西藏鲁朗地区成功实现了从海拔3 340 m到海拔6 000 m的上升和下降过程中甲烷浓度的测量。该系统可以通过改变激光波长与光腔反射镜测量其他大气痕量气体, 进一步改进与优化的系统可以应用到大气同位素丰度的测量中。

针对传统的电容式触觉传感器因存在信号耦合测量, 导致切向灵敏度远低于法向灵敏度的问题, 基于多层电容结构, 设计了一种三轴力解耦测量的高灵敏触觉传感器。传感器分为切向和法向测量单元, 切向测量单元采用对称分布的差分式指状结构保证切向高灵敏测量, 并结合超薄弹性硅胶介质, 提高切向介质层有效压缩刚度,以抑制法向信号的耦合干扰; 法向测量单元的介质层采用一种弹性稀疏网状微结构, 用于法向高灵敏测量, 并通过拓展法向接地极消除切向信号的耦合干扰。在对电容结构参数化设计的基础上, 完成触觉传感器的制备,并搭建三轴力测试系统进行测试。结果显示, 传感器的切向X, Y以及法向的测量灵敏度为0.206 pF/N, 0.251 pF/N, 0.148 pF/N; 切向X-Y以及切向-法向之间的最大静态耦合比分别为7.636%, 1.051%。本传感器实现了三轴力的解耦测量及切向、法向相同量级的高灵敏特性。