基于本征荧光的生物气溶胶测量激光雷达性能

为研究本征荧光对生物气溶胶粒子探测精度的影响,本文在阐述生物气溶胶荧光光谱信号探测原理的基础上,设计了一台紫外激光诱导荧光雷达.该雷达选用波长为266 nm的四倍频固体激光器作为激励光源,基于本征荧光波长、探测距离等主要参数,对生物气溶胶荧光光谱回波信号的信噪比及粒子浓度的最小分辨率进行数值仿真分析.仿真结果表明,在探测误差小于10%的情况下,距离为1.5 km时,系统对生物气溶胶荧光波长的有效探测范围为300—800 nm;而在距离为2.1 km时,荧光波长的有效探测范围为300—310 nm.此外,在探测距离定义为0.1 km,荧光波长为350和600 nm时,系统对物气溶胶粒子浓度的最小分辨率分别为2个颗粒/L和4个颗粒/L,最小分辨率的差值为2个颗粒/L.仿真结果有利于了解荧光波长变动时激光雷达系统的探测准确度,进而实现大气生物气溶胶更加有效的探测.     

基于金刚石对顶砧的液体高压黏度测量北大核心CSCD

研制了一种基于金刚石对顶砧的液体高压黏度测量装置。该装置由金刚石对顶砧、显微镜和CCD探测器构成,利用红宝石荧光标定压力,通过落球法可简单方便地实现不同压力下液体黏度的测量。利用该装置,测量了高压下丙三醇的黏度,测量结果与已发表的实验数据吻合得很好,验证了测量装置的可靠性。     

基于金刚石对顶砧的液体高压黏度测量

研制了一种基于金刚石对顶砧的液体高压黏度测量装置。该装置由金刚石对顶砧、显微镜和CCD探测器构成,利用红宝石荧光标定压力,通过落球法可简单方便地实现不同压力下液体黏度的测量。利用该装置,测量了高压下丙三醇的黏度,测量结果与已发表的实验数据吻合得很好,验证了测量装置的可靠性。     

含单个色氨酸的多肽分子的荧光特性研究:pH及金属离子的响应

由于金属离子包括铜离子对人体的重要性,报道了一种含单个色氨酸的新型多肽分子(WDAHSS),证明利用这种分子可以通过荧光光谱测量的方法实现铜离子灵敏检测。WDAHSS的荧光由其包含的色氨酸残基的本征荧光贡献,易被铜离子猝灭。通过分析铜离子在不同pH值条件下与WDAHSS作用的荧光光谱并与单个色氨酸分子的光谱相比较,详细研究了铜离子猝灭WDAHSS荧光的机理。研究表明,WDAHSS结构中的组氨酸通过金属配位与铜离子作用,并联合肽键形成稳固的四方形平面结构,螯合铜离子,致使色氨酸残基发生荧光猝灭。同时详细讨论了不同pH值环境对WDAHSS荧光光谱的影响。通过荧光光谱测量和数值拟合,推测了WDAHSS和铜离子的结合常数。为了增强WDAHSS抗pH干扰的能力,特意对其氨基端乙酰化,在生理pH值范围内稳定了其荧光发射。此外,WDAHSS也采用了一些特殊设计的结构,很好地增强了它对铜离子灵敏探测的特异选择性和生物相容性。对WDAHSS的进一步研究有望用于生物体内或细胞内荧光成像检测。     

ICF靶丸装配误差检测

针对激光惯性约束聚变装置中靶丸装配误差检测困难、要求精度高的特点,研制了一套用于微靶装配参数检测的测量系统。提出了一种基于激光与CCD的复合式测量方法,建立了二者数据融合的数学模型,通过标定空间位置关系有效地把二者的测量数据融合到同一个坐标系中,从而实现了高精度三维测量。分两种情况讨论了靶丸装配误差的检测方法。实验结果验证了这两种方法的可行性,并比较了两种方法的测量精度,其极限测量误差均不超过3 m。     

激光诱导荧光光谱方法测量气溶胶颗粒研究

采用激光诱导荧光光谱方法测量大气中气溶胶颗粒物的散射荧光特性,同时用飞行时间方法测量颗粒物的动力学直径大小。给出了实验系统设计、测量方法、颗粒粒径分布图及散射荧光强度分布谱图的对比,并对多组实验数据进行分析。同时讨论了利用颗粒物散射荧光百分比分析方法判别生物粒子和非生物粒子的可行性。     

微纳遥感相机在轨光轴指向标定方法

基于激光测量原理及微纳相机特征,提出了一种新的微纳遥感相机在轨指向标定方法.该方法采用光路复用和焦面复用技术,实现了标定装置与相机系统的一体化光机电集成,可对每景遥感影像进行实时标定.将某新型微纳遥感相机作为仿真验证平台,对本文提出的微纳遥感相机在轨指向标定方法进行验证.仿真结果显示,使用该方法微纳遥感相机自身光轴指向标定精度不超过0.2″,满足相机影像无控制点下平面定位精度30m的指标要求.原理样机的研制及标定结果进一步证明了该项技术的原理与实践的可行性.该技术具有提升微纳遥感卫星定量化应用的价值.     

多元散射校正在荧光谱分析中的应用研究

针对废水中氨基酸荧光分析过程中光谱数据去噪声处理过程,提出了基于多元散射校正思想建立相对荧光强度与浓度关系模型的方法,建立了荧光测量中多波段波谱系列线性模型。研究结果表明,实验数据进行线性拟合,色氨酸呈现出良好线性关系,通过多元散射校正方法进行光谱数据处理,有效降低了散射及测量环境噪声的影响,提高了光谱数据的信噪比,校正后数据更加准确的表征了色氨酸相对荧光强度与浓度数据之间的线性相关性。建立的多波段波谱系列线性模型为现场检测仪器研制过程中滤波片的选择及混合溶液的在线解析提供了理论依据。     

基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO₂气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明：NO₂气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO₂气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不...     

镜面单锥结构超宽谱短脉冲电场标准装置

针对目前超宽谱短脉冲电场测量传感器标定问题,研制了以镜面单锥结构为核心的超宽谱短脉冲电场标准装置,用于超宽谱短脉冲测量传感器校准。该标准装置内部的电场分布可基于结构参数、麦克斯韦方程及激励脉冲解析给出。通过理论分析和数值分析验证了该技术路线的可行性。完成了标准装置的机械工艺设计及加工,并进行了测试。测试结果表明:研制的标准装置在馈电处电压反射系数小于4%;内部电场波形与激励波形一致,且电场幅度分布与严格理论结果偏差小于6%。     

基于小尺度参考辐射的便携式伽玛射线剂量(率)仪校准方法及应用

针对现有伽玛射线剂量(率)测量仪器检定方法送检距离远、周期长、效率低的不足,中国工程物理研究院核物理与化学研究所采用基于样本仪表的机器预测方法,开展了基于小尺度参考辐射的便携式伽玛剂量(率)仪遂行校准技术研究工作。最终成功地研制了一套辐射防护用伽玛射线剂量(率)仪遂行校准装置,实现了测量标准不确定度不大于5%的良好结果。为伽玛空气比释动能量值的遂行定度提出了一条全新的技术思路,为便携式伽玛剂量(率)仪的现场和野外校准提供了一种全新的示范装备。     

一种溶解氧敏感膜荧光发射效率光谱检测系统的研制

荧光猝灭法是快速测量污水、地表水以及渔业养殖水环境中溶解氧含量的先进技术之一,氧敏感膜是荧光猝灭法检测技术的核心,高荧光发射效率的氧敏感膜具有灵敏度高、特异性强、信噪比高的优点,检测结果更为准确。高效率是优选氧敏感膜的依据,也是溶解氧检测元器件、检测电路和检测光路优化设计的关键。现有溶解氧荧光检测装置中未有对氧敏感膜进行质量评估的标准方法,基于对已有传感器探头光路和电路的研究,该研究分析了全波段的荧光发射效率,选用大功率氙灯作为激发光源,基于连续单波长逐级扫描进行单色分光,构建了氧敏感膜的激发光-荧光光谱扫描装置,然后通过扫描测定氧敏感膜的激发光光谱和荧光光谱,提出并建立了荧光发射效率计算方法,提出的方法能客观地评估荧光发射能力,准确寻找最佳激发波长。为验证该方法的可行性,对来自国内外的多个氧敏感膜样品进行了实验测定,测试结果表明：单张氧敏感膜荧光发射效率随波长变化,呈多峰分布,同一型号的样品荧光效率曲线相似,但荧光发射效率差异较大,同一激发波长下荧光发射效率最大者较最小者高出14.5%,三张氧敏感膜的最大峰值波长均不同,分别为：401,543和435 nm,但发射峰值波长均为650 nm;不同型号的氧敏感膜相比较,最大荧光发射效率可相差1～2个数量级;实测传感器中使用的激发波长,其所选用的激发波长并非最大发射峰值波长,其荧光发射效率仅为最大荧光发射效率的1/2,表明传感器光源可以进一步优化选型。综上所述,本文建立了一种溶解氧敏感膜荧光发射效率检测系统,提出了以荧光发射效率评估氧敏感膜的方法,并开展了相关实验测定。本文工作可望用于新型氧敏感膜材料、工艺的研究及传感器优化设计与制造。     

三代微光像增强器信噪比测量技术研究

微光像增强器是微光成像技术中的核心部件,微光像增强器的信噪比是像增强器的重要参数之一,它可以定量表征像增强器在探测弱辐射图像时的性能,可综合反映空间因素和时间因素对探测图像特性的影响。介绍了微光像增强器信噪比的测量原理和装置,测量装置采用精确的微孔光阑、可变光阑及共轭对称透镜系统,实现直径为0.2 mm的特定光斑投射在像增强器光阴极面上。采用光子计数技术,通过研究小探测面（探测直径小于4 mm）微弱光照度标定方法,解决了针孔微弱光照度的准确标定与直径为0.2 mm信噪比光源照度准确测量。     

LIBS结合单变量定标法对土壤中铅元素含量检测

重金属污染一直影响着人们的健康生活,如镉,铅和铜等的污染,故而土壤重金属的快速检测和如何预防,一直受各国学者关注和研究。传统土壤重金属检测方法（如原子吸收光谱法、X荧光光谱法等）样品预处理复杂,分析成本较高,易形成样品的二次污染,不能满足快速分析的要求。激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种典型的原子发射光谱,它是基于分析物质中原子和离子受激发而发射的特征谱线信息,进而研究物质成分的分析方法。LIBS技术能够快速检测任何状态（固、液和气态）物质元素的成分和含量,被看作是未来化学检测和快速绿色分析领域的新兴技术。LIBS技术具有对样本简单预处理（或不需要处理）、多元素同步分析、远距离测量、适用性广等优势,被广泛用于生活生产的各个领域,已成为近年来国内外学者广泛关注和研究的热点之一。在农业信息快速感知的大背景下,以激光诱导击穿光谱技术为技术手段,以土壤重金属铅元素为研究对象,运用理论分析和数学建模相结合,建立了多种基于单变量定标曲线的土壤重金属铅检测模型,并进行了模型验证。自制15个已知的铅元素浓度梯度的谱线土壤样本,在获取了土壤LIBS数据之后,对其进行预处理对比,建立了基于谱峰强度、谱峰积分、洛伦兹拟合强度三种定标曲线模型,对土壤中铅元素含量进行定量分析,得出基于三种定标曲线模型对土壤中铅元素含量的预测决定系数R2分别为0.918 0,0.910 1和0.914 3,三种定标曲线分析方法的预测结果都较好,说明了LIBS结合单变量定标曲线法对土壤中铅含量的检测可靠性高。最后选取部分样本数据进行验证,结果较好。研究结果为研发便携式农田土壤污染物检测技术与装备提供技术支撑,也为农田精准管理和科学施肥奠定基础。     

持久性有机污染物荧光光谱检测技术研究进展

持久性有机污染物(POPs)种类繁多,分布范围广,对生态环境和人体健康的危害性已引起广泛关注。环境中POPs的监测分析对于污染评价、污染物修复和生产管理等有着重要的意义。基于色谱分离技术的传统检测方法具有检测限低、灵敏度高、稳定性好等优点,但也普遍存在周期长、消耗高、过程繁琐等弊端。荧光光谱分析法具有样品使用少、预处理简单、快速、无损等优势而发展迅速,国内外学者开展了大量研究工作,形成了比较完善的方法体系。介绍了我国现行环境标准中POPs的控制浓度和检测方法,综述了近年来直接/间接荧光、同步荧光扫描联用技术、化学多维校正-三维荧光光谱法和激光诱导荧光技术对POPs检测方面的应用和研究进展,重点包括土壤及水体中多环芳烃、多氯联苯、有机氯农药等,着重介绍了最新研究成果,总结了技术各自适用的情况,分析了不足与待完善之处,并针对POPs的直接荧光光谱检测技术今后的研究与应用方向提出了展望,为进一步发展POPs的荧光光谱快速检测技术提供参考。     

光电侦察与跟瞄装备测试技术

在现代信息化战争中,光电侦察与跟瞄装备的研制试验和使用维护都离不开其测试技术的保障。从4方面简述了国内外光电侦察与跟瞄装备测试技术的发展现状,目前,可见光及微光成像性能参数已实现数字化的综合测量,其中,像面均匀性和畸变检校的测量不确定度分别达到1%和0.2%,最小可分辨温差(MRTD)等红外热成像系统性能参数已出现客观的评测方法,最大测程等激光测距系统性能参数的测量允许误差极限达到1%以内,多光轴一致性的检校测量不确定度达到2。未来,我国在该领域的研究热点将集中在发展各种现场快速精准的检校手段,以及继续提升红外、紫外、微光和白光成像测试技术等方面,并建立和完善其相应的测试标准和保障系统。     

利用荧光法检测磷酸酯液压油的泄漏

提出了一种检测飞机液压油泄漏的方法--荧光法,以美孚磷酸酯液压油为例,实验验证了荧光法检测磷酸酯液压油泄漏的可行性。采用LS-55型荧光分光光度计以及实验室搭建系统对HyJet Ⅴ磷酸酯液压油以及Jet Oil Ⅱ、2197润滑油的荧光特性进行了分析。研究结果表明,可以用不同荧光发射光谱峰值来区分三种油,荧光法检测磷酸酯液压油泄漏是可行的。该技术可实现对飞机液压油泄漏的实时、在线、现场测量。     

基于同步光解的OH自由基标定方法

OH自由基是大气中最重要的氧化剂,准确测量对流层OH自由基的浓度是厘清我国二次污染形成机理的关键.本文介绍了一种基于同步光解的OH自由基便携式标定方法,使用汞灯的185 nm线辐射处于层流状态下的具有一定水汽浓度的合成空气,光解HO2和O2定量产生确定浓度的OH, HO2自由基和O3.开展了臭氧浓度及廓线分布因子P和氧气吸收截面等影响因素的准确测量,降低该标定方法的不确定度.进一步构建便携式标定装置,建立应用于实际外场标定的OH自由基浓度快速获取方法.开展基于激光诱导荧光技术OH自由基(LIF-OH)探测系统的准确标定测试,准确产生3×10^8-2.8×10^9 cm^-3浓度的OH自由基, LIF-OH探测系统的荧光信号与自由基浓度具有非常好的相关性.在综合外场观测(STORM)的应用中该标定装置的不确定度为13.0%,具有良好的稳定性和准确性,可以用于复杂外场环境下LIF-OH系统的快速标定.     

分层γ扫描技术中HPGe探测器几何因子加权刻度方法

分层扫描(SGS)测量分析是一种无损检测技术,是桶装核废物定性、定量分析的重要手段。实际分析过程中,随着放射性核素所在的位置变化,对应每层不同的位置HPGe探测器的探测效率也随之变化,导致对样品不同位置需分别进行效率刻度。本工作用均匀聚乙烯样品填充废物桶,采用SGS装置的测量方法估计放射核素活度。将放射性点源置于桶内,按距离桶的中心距离依均匀分布规律选取7个点,分别对其进行效率刻度。并建立SGS 测量系统几何模型,通过两种方法将1~7号位置的几何因子对探测效率计算结果进行加权平均,后给出每层的探测效率标准值,此标准值可充分估计每层不同位置对核素的探测效率。结果表明:在测量和计算误差存在的条件下,可以快速准确估计出放射性废物桶内不同位置的核素放射性活度,提高检测精度。     

Standoff Laser-Induced Fluorescence Sensors for Biological Warfare Agents

We report comparison studies of two different sensors, the gated intensified charge-coupled device and the multianode photo multiplier tube detector for standoff detection of bio-aerosol. The ultraviolet laser-induced fluorescence technique is considered. Ultraviolet laser-induced fluorescence signals are evaluated under different bacteria aerosol concentrations, ranges, atmospheric conditions, and solar backgrounds. The signal-to-noise ratio is calculated for both the detectors for daylight and twilight solar conditions. The detectable concentration and range for both of the detectors is evaluated. Standoff ultraviolet laser-induced light detection and ranging is applicable in homeland security for early warning of biological warfare agents.