基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪研制

针对城市大气颗粒物监测、污染物溯源等工作现场实时分析的迫切需要,研制了基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪。以β射线在物质中的衰减规律和能量色散X射线荧光分析原理,通过仪器总体设计、结构设计、FPGA硬件电路设计和软件设计,实现了在线分析大气颗粒物浓度及其元素识别、含量计算等功能;通过制备纯元素颗粒沉积滤膜样品作为大气颗粒物标准样品,完成了分析仪的标定。该分析仪可在线、连续监测大气颗粒物(如TSP,PM₁₀,PM_2.5)的质量浓度及其所含的30种元素种类和含量。成都东郊的现场应用显示,分析仪对大气颗粒物的浓度测量值与成都环保局的监测值具有很好的一致性,对颗粒物中所含重金属元素(如As,Hg,Cd,Cr,Pb等)的监测较为灵敏。通过技术性能测试,表明分析仪具备检出限低、快速分析、使用方便等特点,能够满足城市大气监测过程中对颗粒物浓度和元素实时分析的迫切需求,具有较强的现场应用能力。     

基于LED的便携式近红外整粒小麦成分测量仪的研制

采用最新集成芯片和软件设计 ,研制出以近红外LED为光源的整粒小麦成分快速分析的仪器 ,为小麦成分的现场检测提供了一个经济、快捷的便携式设备。该测量仪由近红外LED光源、窄带干涉滤光片、菲涅尔透镜、硅光电池检测器、单片机系统及校准模型等组成。与其他近红外仪器相比 ,该测量仪具有体积小、结构简单、低功耗、抗震动等特点。同时介绍了该测量仪的硬件设计 ,软件设计 ,对小麦蛋白质的建模和预测应用实例等。该测量仪可在粮库甚至田间现场对整粒小麦成分进行无损检测     

基于光谱技术的植物叶绿素浓度无损检测仪器的研制

开发了一种便携式植物叶绿素无损检测仪器,该仪器可实现对叶绿素浓度的实时、快速、无损检测。仪器主要包括4个部分：叶片夹具,光源驱动电路,光电检测及信号调理电路和微控制系统。提出了一种电流可调节的光源恒流驱动电路方案,在实现恒流驱动的同时还可以对驱动电流进行程控。同时提出了一种一体化叶片夹具设计方案,不仅简化了仪器的光学结构,而且提高了仪器稳定性。在仪器的标定实验中,用SPAD-502叶绿素测量仪测定的叶片叶绿素含量SPAD值作为标准值,建立了多元线性标定模型,对仪器的性能进行了评价,叶绿素预测值与标准值的相关系数为0.97,预测均方根误差为1.3 SPAD,仪器重复性的均方根误差为0.1 SPAD。标定实验结果表明,该仪器测量精度高、性能稳定。     

离子检测仪器中新型直流—射频聚焦电场电极结构性能研究

基于直流—射频电极结构对离子的径向和轴向聚焦理论,以离子检测仪器中质子转移反应质谱检测技术为例,对该新型电极结构展开理论和实验研究,相比于静电场电极结构,直流—射频聚焦电场电极结构的性能更好,丙酮产物离子强度提高了近10倍,初步的实验结果表明该结构对于提高离子相对透过率具有较大潜力,同时,该新型直流—射频聚焦电场电极结构对于提高其他类型的离子检测仪器性能将具有一定的应用潜力和参考价值.     

面向信号仪器同步控制方法研究

IEEE 1641标准是IEEE标准委员会制定的新一代面向信号测试标准。首先分析了IEEE 1641标准定义的信号静态模型和事件类信号类型,梳理了可程控测试仪器的常见触发模式。接下来,以任意波形产生器SC53204-J为例,研究了基于IEEE 1641标准的测试仪器信号同步控制方法,并对仪器能力建模、仪器驱动编程、信号资源管理等进行了研究,最后进行了实验验证。该信号同步控制方法已应用在某型自动测试设备的软件平台上。应用结果表明,该方法实现了面向信号的测试仪器同步控制,具有较强的适用性和较广的应用前景。     

便携式X射线荧光光谱快速无损分析牛黄清心丸(局方)中汞、砷含量及均匀度

常规湿化学分析方法测定中药中无机元素,需要先将样品消解,再经滴定或者仪器测定,操作繁琐、费时。对于含朱砂或雄黄的制剂,由于汞、砷含量很高,会对实验器皿和仪器造成污染。X射线荧光光谱(XRFS)具有操作简便、分析速度快、多元素同时检测、可实现无损分析等优点。以电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)为参比,应用便携式XRFS建立了牛黄清心丸(局方)中汞、砷含量的快速无损测定新方法,并首次将X射线荧光光谱技术用于药品的均匀性评价。优化了测量模式,以电感耦合等离子体发射光谱法测定值为参比,建立校正工作曲线用于样品测定。实验表明,便携式X射线荧光光谱法测定Hg和As,精密度高,相对标准偏差(RSD)分别为0.09%和0.23%。测定值与参比值接近,Hg和As的相对平均偏差分别为8.58%和5.95%,符合现场快检的要求。结果显示,2批次样品Hg含量异常低,1批次样品As含量异常高,1个厂家的样品均匀度差。所建方法快速、简便、经济、环保,为含矿物中药的质量控制提供了新的思路。便携式仪器的使用,能高效完成大批量样品的分析,及时发现药品的质量隐患,节约时间、人力和物力,具有良好的应用前景。     

基于MEMS线阵的便携式中红外水中油浓度速测仪

针对传统光谱测油仪存在的环境适应能力弱、分析速度慢、测量重复性差等问题,研制了一种便携式中红外水中油浓度速测仪。其核心光路采用典型的非对称折叠式M型Czerny-Turner光学结构,有效缩小仪器体积;使用周期性转动的斩光器调制红外光源,并对斩光器转速进行数字PID控制,调制精度达到±0.5%;采用固定光栅作为分光元件,无需光栅扫描装置且不存在转动误差;利用新型MEMS红外线传感器阵列探测调制后的光谱信号,显著提高光谱采集速度。光学仿真及实验结果表明仪器光谱范围为2 800~3 200cm-1,光谱分辨率达到6cm-1(@3 130cm-1),信噪比达到5 200∶1,谱图采集速度为13ms·幅-1,吸光度标准偏差优于3×10-3,满足了水中油测定国家标准要求。与已有红外光谱测油仪相比,该仪器小型便携,分析速度快,测量精度高,抗震防潮性能好,特别适用于环境监测部门对水中油浓度的现场实时测量,因此在水质监测领域具有广阔的应用前景。     

近红外单籽粒玉米油分无损测定仪器研制

用发光二极管作为光源,在短波近红外区选择6个波长的滤光片作为分光器件,研制了单籽粒玉米油分无损测定仪。该仪器各项技术指标均达到设计要求,结构简单、性能稳定;测定单籽粒玉米油分的相关系数为0.968 8,标准差为0.72,平均相对误差为0.062。完全符合高油玉米育种工作的需要。     

成像与成谱联动的太赫兹分析检测仪

自制的太赫兹量子级联激光器性能良好且易于集成和实际应用。利用该激光器出射的太赫兹波对非金属物质的穿透性,在该激光器中配以辅助光路与阵列接收模块,设计出具有一定空间尺度和分辨率的透射式成像系统,对该成像系统中的光束整形关键参数选择因素进行了分析。将此成像系统与基于光电导天线对收发的全光纤太赫兹时域光谱系统相结合,实现了联动式太赫兹分析仪的设计。此联动式太赫兹分析仪可对非金属包装中的隐匿物品进行太赫兹波段成像与指纹谱的联动获取,整机操作软件能在后台控制与监控内部各设备,实现了对危险品的快速、直观、准确的定位以及对物品种类的无损分析。     

基于光谱椭偏仪的纳米光栅无损检测

本文制备了硅基和光刻胶两种材料的纳米光栅,利用光谱椭偏仪对该纳米结构的光栅进行了测量,随后利用建立的拟合模型对其测量数据进行了拟合,结果证明了运用该仪器进行纳米光栅结构无损检测的可行性,在入射角60?,方位角75?的测量条件下,纳米结构关键尺寸、侧壁角等三维形貌参数的测量精度最大可达99.97%,该技术对于无损检测有着一定的推动意义.     

波导-同轴线的脊型转换器设计与测试

射频测量系统中经常会用到波导-同轴线转换器，主要是利用其将射频器件的波导端口转换成能够直接接入测量仪器的50 Ω同轴线。本文设计的648 MHz/WR1500波导同轴转换器主要用于CSNS升级工程（CSNS-II）超导直线射频器件的测量。利用切比雪夫脊型阶梯阻抗变换和探针耦合的方式实现波导到同轴线的转换。对脊加载波导和不连续同轴线分别进行了分析，得到最优尺寸。为了提高测量精度，设计的波导-同轴线转换器具有低插入损耗、低驻波比和宽带宽等特性。最后对生产的转换器进行了测试，测试结果与仿真结果相近，能够满足作为测量器件的使用要求。     

Surface modification study of low energy electron beam irradiated polycarbonate film

The effect of low energy electron beam irradiation on polycarbonate (PC) film has been studied here. The PC film of thickness 20 μm was exposed by 10 keV electron beam with 100 nA/cm² current density. The irradiated film was characterized by mean of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), atomic force microscopy (AFM) and residual gas analyzer (RGA). Formation of unsaturated bonds and partial graphitization of the surface layer are measured by XPS. Results of the AFM imaging shows electron implantation induce changes in surface morphology of the polymer film. The residual gas analyzer (RGA) spectrum of PC is recorded in situ during irradiation. The results show the change in cross-linking density of the polymer at the top surface.     

Millimeter-wave Hilbert-transform spectrum analyzer based on Josephson junction

Conclusions A prototype of the Hilbert-transform spectrum analyzer based on the Josephson junctions is described and first spectral measurements are demonstrated in millimeter-wave band. The measurements in the whole millimeter-wave band may be carried out by this spectrum analyzer with resolution as low as 2 GHz and during a time interval as low as a few milliseconds. According to this set of parameters, this Josephson-effect spectrum analyzer may be used for microwave diagnostics of the thermonuclear plasma.     

Relative ion sputtering yield measurements by integration of secondary ion energy distribution using a retarding-dispersive Ion energy analyzer

The application of a retarding-dispersive energy analyzer as the pre-filter of a quadrupole mass analyzer has made it possible to combine a standard high-speed Secondary Ion Mass Spectrometer (SIMS) and a high-resolution secondary-ion energy analyzer into one instrument. Data taken with this instrument indicate the presence of very significant high-energy tails in the energy distribution of all observed secondary ions, even with relatively low (2 keV) primary ion energies. The shape of the energy distribution varies widely from element to element, for atomic compared to molecular species sputtered from a clean metal surface, and depends, for a given species sputtered from a metal surface, on the degree of surface oxidation. The variations established in the present work are large enough to introduce in many cases substantial discrepancies between published values of both relative ion sputtering yields and surface elemental concentrations and values obtained by considering the complete energy distribution. Methods of obtaining accurate secondary ion yields by integrating the energy distribution are discussed. Work performed under the auspices of the Division of Physical Research of the U.S. Energy Research and Development Administration.     

High-efficiency high-energy-resolution spectrometer for inelastic X-ray scattering

A nine-element analyzer system for inelastic X-ray scattering has been designed and constructed. Each individual analyzer crystal is carefully aligned with an inverse joystick goniometer. For the analyzers silicon wafers with 100 mm diameter are spherically bent to 1 or 0.85 m radius, respectively. Additionally, an analyzer with an extra small radius of 0.182 m and diameter of 100 mm was constructed for X-ray absorption spectroscopy in fluorescence mode. All analyzer crystals with large radius have highly uniform focusing property. The total energy resolution is approximately 0.5 eV at backscattering for the 1 m radius Si(440) analyzer array and approximately 4 eV for the 0.182 m radius Si(440) analyzer at 6493 eV.     

An autonomous programmable system for Mössbauer spectroscopy, accessed by a PC program

A low cost, stand alone microprocessed equipment for data acquisition and driver control, designed under the requirements of Mössbauer spectroscopy is described. It has a functional mode as pulse analyzer (PHA) and a second mode as a multichannel analyzer (MCA) while it generates waveforms -- triangular, sawtooth and sinusoidal -- between 2 and 40 Hz, buffered up to a capacity of 750 mA for velocity transducer (DRIVER) management, with PID signal synthesizer and error minimization circuits. Its resolution is variable, between 2 and 1024 channels. The system has CMOS technology of integration, Z-80--74HC, with a 4.9152 MHz crystal time based; its dead time is of 0.61 μs and its minimum dwell time is of 32 μs. Data are continuously kept in memory and can be transferred, under a managing program request, via RS-232c protocol at 9600 BAUD -- to a PC computer for its analysis and display. The program written for a PC is able to distinguish up to 8 different spectrometers by means of an identity number assigned to each unit. Therefore, the serial input may be multiplexed in order to attend all the systems, that can work simultaneously.     

基于长光程技术的痕量海水营养盐自动分析仪的设计与测试

海水中可溶性的营养盐浓度是海洋监测的常规项目之一;大洋水体中的营养盐含量很低,使用传统的分光光度计难于定量测量。文章基于液芯波导长光程技术,设计了高灵敏度的痕量海水营养盐光谱分析仪。分析仪以1.02 nm的光谱分辨率实现350～900 nm光谱范围的水样吸光度连续光谱测量,并由嵌入式PC104微机自动实现了水样采集、吸光度测量和数据分析的功能。针对亚硝酸盐的测试实验结果表明,仪器检出限达到nmol·L-1的量级,比传统分光光度计的检测限提高了三个量级,且显色反应时间可缩短到3 min,能适用于大洋水体中营养盐的现场痕量分析。     

单次瞬态过程频谱分析仪

本文叙述了一个适用于各种单次瞬态过程的频谱分析仪的工作原理和实验结果。本仪器利用实验室现有设备(通用示波器和声频频谱仪等),经过适当组装和附加少量专用电路,可以较快地建成。利用时间扩展(或压缩)技术,可以将欲测的频谱波段移到声频波段。用光电函数发生器产生待测的瞬态过程的重复波形。这样,就可以用一般的声频频谱仪(或波分析仪)来模拟测量单次瞬态过程的频谱。实验结果证明上述方案是可行的。对主要频谱成份,测量可准确到2—3％。对较弱的频谱成份,准确度要差些。