甲醛浓度的激光拉曼光谱检测研究

为了对甲醛的浓度进行快速、准确的测定,研究了甲醛的激光拉曼光谱激发机理,并对采集的标本进行了检测,并对结果进行了分析和论证。该方法不需辅助试剂,直接测量甲醛分子振动产生的拉曼光谱,根据甲醛特征谱的峰值,确定甲醛的浓度。得到一种低成本、快捷的甲醛浓度检测方法。     

基于弹光调制的甲醛气体浓度检测系统的研究

由于室内甲醛超标造成的环境污染日益增多,为了快速、准确地对室内空气中甲醛气体的浓度进行定量分析,设计了基于弹光调制的甲醛气体浓度检测系统,由红外光源、滤光片、弹光调制器、红外探测器等构成,由弹光调制器控制弹光晶体折射率周期性变化,折射率造成的光程变化提供了反演光谱分布函数的光程差。通过HITRAN光谱数据库推导了系统可获得的光程差函数。实验采用红外光源与窄带滤波片结合,中心波长透过率在90%以上,采用硒化锌晶体作为弹光调制晶体,系统的驱动频率为100 kHz。对三种不同环境下不同位置分别采集十组样气进行分析,同时采用标准光谱仪和本系统进行甲醛气体浓度检测。实验结果显示,当甲醛气体浓度较高时,系统性能良好;当甲醛气体浓度较低时,系统信噪比下降,检测精度略有降低,但仍能满足设计要求。     

药物合成中间体中残余甲醛的微型光谱快速检测

采用自制的全息平场凹面光栅集成微型光谱仪,搭建了微型光谱快速分析测试系统, 实现了雷尼替丁合成中间体中杂质甲醛的快速检测。利用酸性条件下甲醛-MBTH-硫酸铁铵体系的显色作用,通过优化甲醛测定条件,建立了快速测定甲醛的方法。测定甲醛线性范围为0.04～0.20 μg·mL-1(r=0.993 8), 最低检测限达到0.04 μg·mL-1。通过与UV-2550岛津光谱仪及美国海洋公司HR-2000微型光谱仪的对比测试实验,对所建立的微型光谱检测系统和甲醛检测方法进行了实际测试和可靠性验证,F-检验法检验显示测试结果无显著性差异。实验结果表明微型光谱快速分析测试系统能满足实验分析、工业过程监测和临床医学检验样品的快速、实时检测的需求,具有巨大的潜在应用市场。     

农药荧光全光谱检测与分析系统研究

基于有机物农药的荧光机理,利用光纤传感技术、光栅分光技术和多通道图像传感器(Multi-Channel ImageSensor)技术提出了一种用于有机农药的荧光全光谱检测与分析系统。系统以脉冲氙灯为激发光源,采用光纤进行传输和探测荧光,以自制的小型平场光谱仪对荧光进行色散分光,并设计了相应的高速数据采集电路,实验结果由微机进行分析。利用该系统实现了对西维因农药的荧光光谱的检测和荧光强度与农药浓度的分析。结果表明,以319nm波长紫外光为激发光,一次曝光可获得西维因农药的荧光光谱,光谱带宽为160nm;系统的最小检测浓度为4.0×10-3mg/L,农药浓度在4.0×10-3~100.0×10-3mg/L之间时系统具有较好线性关系,线性相关系数r为0.9986。用该仪器对河水和地下水中痕量西维因进行了测量,回收率接近100%。     

基于光谱吸收法和荧光法的甲烷和二氧化硫检测系统的研究

根据污染气体的光谱吸收特性与荧光特性,设计了一套时分复用检测系统,既可以使用光谱吸收法检测甲烷和二氧化硫又可以使用荧光法检测二氧化硫。系统采用组合可切换光源、共用光路、气室及信号处理部分,首先进行光谱吸收和荧光的特性测量,然后进行光谱吸收法检测甲烷与二氧化硫浓度实验,以及紫外荧光法检测二氧化硫浓度实验。经过光谱吸收和荧光的特性测量得出吸收法测二氧化硫和甲烷的吸收峰处的激发波长分别为280nm和1.64μm,荧光法测二氧化硫最佳激发波长为220nm。经光谱吸收法实验可得甲烷浓度与相对强度的线性关系和二氧化硫浓度与输出电压的线性关系,线性度分别为98.7%,99.2%;经荧光法实验可得二氧化硫浓度与电压成线性关系,线性度达到了99.5%。研究表明,该系统能使用于污染气体的光谱吸收检测和紫外荧光检测。将两种测量方式组合在一起,降低了成本与体积,同时此系统也可用于其他气体的检测,有一定的应用价值。     

基于CCD器件的农药荧光检测系统的研究

根据一些有机农药受到紫外光激发能够发出荧光的光谱特性,设计了基于荧光分析的农药浓度检测装置。系统以脉冲氙灯为激发光源,采用光纤进行传输和探测荧光,利用CCD线阵实现了光电信号的转换,设计了相应的弱信号处理电路,并由微机进行存储和显示。利用该系统实现了对西维因农药的荧光光谱特性的检测。实验结果表明,在激发波长319nm、荧光波长647nm时,最小检测浓度为5×10-7μg/L,西维因浓度范围在0~120.0μg/L之间时系统具有较好线性关系,线性相关系数r为0.9996(S/N=5)。该系统能满足荧光测量的需要。     

基于HgCdTe红外探测器的微弱信号检测电路设计

 被动动态傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪可用于周围环境红外辐射的光谱分析,其中红外信号检测是光谱仪中的重要组成部分。基于高信噪比、高灵敏度、温漂小和抗干扰能力强的电路设计原理,采用滤波电源供电,使用高速低噪声高精度的运算放大器,通过合理的电路布局和元器件选择来设计红外信号检测电路。在大气环境和室内气室的实验条件下,红外信号检测电路组成的红外光谱仪对目标气体进行红外遥感,并对实验结果进行了分析和探讨。实验结果表明：在系统中运行的检测电路具有较高的信噪比和较好的稳定性,测量精度高,可实现对大气环境的红外遥感。     

基于红外吸收光谱的瓦斯气体浓度检测技术

针对现有矿井瓦斯传感器的缺点,基于红外光谱吸收原理,采用差分吸收技术设计了红外瓦斯气体浓度探测系统.该系统采用单光路吸收气室和单光路双波长探测技术,利用差动放大电路为核心的微弱信号处理电路实现瓦斯浓度输出信号的检测,并采用线性关系式拟合瓦斯浓度和输出电压的关系曲线,实现了对瓦斯浓度的全量程精确探测.实验表明,该系统的测...     

基于红外吸收光谱的瓦斯气体浓度检测技术

针对现有矿井瓦斯传感器的缺点,基于红外光谱吸收原理,采用差分吸收技术设计了红外瓦斯气体浓度探测系统。该系统采用单光路吸收气室和单光路双波长探测技术,利用差动放大电路为核心的微弱信号处理电路实现瓦斯浓度输出信号的检测,并采用线性关系式拟合瓦斯浓度和输出电压的关系曲线,实现了对瓦斯浓度的全量程精确探测。实验表明,该系统的测量误差小于2%,具有很高的测量精度,具备了煤矿应用的基础。     

基于SERS的食品中乌洛托品快速检测系统设计

基于表面增强拉曼光谱技术(surface enhanced Raman spectroscopy, SERS),研制出对食品中乌洛托品进行现场快速分析检测的系统。检测系统由多功能前处理模块、拉曼光学模块、嵌入式主控模块三部分组成,实现了待测样品的前处理,拉曼光谱数据的产生、收集、传输与处理。其中,多功能前处理模块将化学实验中经常用到的离心、超声、挥发三种功能集于一体,精简了前处理实验中需要用到的设备;拉曼光学模块采用探头光路与分光系统合为一体的整体式设计,并在探头光路中使用数值孔径为0.6的非球面透镜,同时利用交叉非对称Czerny-Turner结构对分光系统进行了设计;嵌入式主控模块采用自主研发的FPGA+ARM双核心主控电路,配合CCD的制冷电路与驱动电路,搭载μC/OS-Ⅲ操作系统,实现了对CCD上拉曼光谱数据的采集、传输与处理。利用柠檬酸钠制备纳米金(liquid colloidal gold nanoparticle,LCP-1)作为增强试剂对乌洛托品进行检测,将乌洛托品的拉曼特征峰选取在1 047 cm-1处,对乌洛托品标准品和含有乌洛托品的腐竹与米粉样品进行检测实验,实验结果表明所设计的检测系统可以实现对乌洛托品的准确识别,对乌洛托品标准品的检测限可达0.01 mg·L-1,对腐竹和米粉样品中乌洛托品的检出限可达0.5 mg·L-1,检测时间小于20 min,实现了食品中乌洛托品的现场快速检测。     

多特征波长窗法检测痕量甲醛气体的研究

为了克服化学检测痕量甲醛气体速度慢、有耗材、采样区域局限等缺点,实现快速准确地检测甲醛气体的浓度,设计了一种多特征波长窗的方法。根据甲醛及主要干扰气体的特征光谱选择相干度最小的多组特征波长,特征波长个数分别选用3,4和5个,同时配合相应的多组窄带滤光片。当光源依次通过这些窗口及气室后,由PCI-2TE-13型红外探测器采集,并经相关算法反演样气中的甲醛浓度。实验针对新装修的房屋、建材商场、超市及公园四种环境下采集的样气中的甲醛进行定量分析。实验结果与ARCSpectro-A-MIR型红外光谱仪的检测结果相比较,结果表明,采用多特征波长窗法在10μg.m-3以上的检测结果均与标准值相近,其平均误差均小于5%,满足实际应用的要求,并且具有实时检测、不中毒等优点。     

一种中红外腔增强甲醛检测系统的研制

介绍了研制的一种基于共轴锁模腔增强吸收光谱技术的中红外甲醛气体检测系统。系统采用了发射中心波长为3.6 μm的带间级联激光器为光源,以高精度F-P谐振腔作为气体反应池,通过激光在谐振腔内的多次反射极大地提高了有效吸收路径。为了实现甲醛检测,利用Pound-Drever-Hall（PDH）技术将激光频率和腔谐振频率锁定至波长为3 599.08 nm的甲醛吸收峰上。实验发现,谐振腔腔长容易受到外界环境的影响产生变化,导致系统失去锁定,产生测量误差;为了抑制这一现象,提高系统的准确性和抗干扰性,采用了动态PDH锁定技术,通过低频锯齿波信号对腔长进行小范围内的周期性调制,使得腔谐振频率在目标气体吸收峰附近缓慢来回变化;通过选择合适的扫描范围使得在扫描过程中激光与谐振腔保持频率锁定。系统通过光电探测器采集谐振腔透射光强信号,通过对腔透射信号进行拟合计算来确定甲醛浓度。为了验证检测系统的有效性、评估系统的性能,采用质量流量计配备了6种不同浓度的甲醛气体样品并开展了甲醛吸收光谱测量实验、系统标定实验和稳定性实验。实验结果显示,在0～10 mL·L-1范围内,腔透射信号拟合值与甲醛浓度之间呈现出良好的线性关系;通过Allan方差分析得到当积分时间为1 s时系统检测下限为52.8 nL·L-1,积分时间为14 s时检测下限可以降至3.3 nL·L-1。此外,通过增加谐振腔的腔镜反射率和腔长可以提高有效吸收路径,进一步降低检测下限。该系统灵敏度高、响应速度快,具有较好的抗干扰性和长期稳定性,在痕量甲醛检测方面具有广阔的应用前景。     

一种矩形波导打火检测装置的设计

介绍了一种矩形波导打火检测电路,分析了打火探测点的选取和光敏器件的选择。理论分析及计算的结论是:在矩形弯头波导窄壁中间选择了一个小孔作为打火探测点,选择光电二极管SFH250V作为光敏器件。以SFH250V为核心器件,设计了一种打火探测及故障快速锁存电路,主要解决了微弱光信号的探测问题,解决了微弱光电流信号的转换及放大问题,同时设计了打火故障判断及故障信号输出电路。实验表明,该装置可以有效地捕获较微弱的打火故障信号。     

用于枪击探测的紫外光传感器技术指标分析

利用一款标准的日盲型紫外探测传感器对枪击火焰进行了探测实验,结合紫外光传输特性,对实验数据进行分析,提出了探测枪击火焰紫外光谱的传感器技术指标。不考虑入射角度和响应时间的影响,1 km处要检测到步枪击发,传感器响应电流达到能明显检出的100 nA,则传感器的响应率和响应面积乘积至少达到0.002 AW-1m2。根据一种枪击探测装置原型方案,对紫外探测传感器的透光性、日盲特性、对紫外光的响应率、入射角和短路电流等技术指标进行了分析。采用分子束外延法制备了一种MgZnO紫外探测传感器,对其紫外光谱透光率、响应率和响应时间进行了测量,进一步优化性能后有望满足枪击探测要求。     

高灵敏度激光吸收光谱中的微弱信号处理

可调谐二极管激光频率调制吸收光谱（FM-TDLAS）技术是一种高灵敏度的痕量气体检测方法。为改善以CH₄为目标气体检测系统的信噪比,提高系统的检测灵敏度,以双平衡混频器（double balanced mixer）为核心,设计了一套用于提取被噪声淹没的微弱信号的调制解调高频相敏探测器。在对高频相敏探测器进行具体设计和分析的基础上, 结合实验,利用CH₄气体在1653nm附近的近红外吸收光谱,对整体电路的性能进行了测试,获得了具有较高信噪比的二次和一次谐波信号,检测灵敏度可达10×10^-6。     

雾霾对基于弹光调制检测系统的影响

近几年我国的雾霾日趋严重，不但对人的健康造成危害、对空中交通造成安全隐患，同时也对很多应用于户外的光学设备造成了影响。为了定量分析不同雾霾等级对基于弹光调制痕量气体浓度检测系统性能的影响，设计了一种测试系统，定量比较了在同一系统中不同PM2.5浓度条件下对等量VOC气体浓度反演的影响。实验中实地采集不同PM2.5浓度的样气，再分别与标准待测气体混合，最终通过对透射光光谱变化和待测气体浓度反演数据的比较，定量分析PM2.5浓度对系统的影响。实验中选用甲醛和苯作为待测气体，分别配制了六种浓度的待测气体，对6个雾霾浓度等级（No.1-No.6）分别进行了测试。实验结果显示，当PM2.5浓度增大时，系统光能吸收率降低。当PM2.5浓度等级小于No.3时，衰减变化相对缓慢，而大于No.3后衰减效果明显增强。当PM2.5浓度小于150 μg·m-3时，测试精度优于90%；当PM2.5浓度超过150 μg·m-3时，对VOC浓度反演的影响变强，当达到350 μg·m-3时，测试误差将近30%。由此可见，PM2.5浓度对弹光调制系统的气体浓度检测具有显著影响。     

嵌入式远程实时监控图像传输控制系统设计

针对当前图像传输过程易出现信息丢失、耗时过长等问题,提出提出一种嵌入式远程实时监控图像传输控制系统设计方法。该设计方法基于STM32模式,通过STM43模式连接电源电路、接口电路、监控数据传输电路模块,到监控图像传输控制系统整体结构,将监控图像数据经IP网络与客户端相连实现监控图像传输,最后分别对监控信号处理模块和图像检测模块的算法进行优化。实验证明,所设计系统有效避免了图像传输中图像信息丢失现象,具有实践价值。     

导模共振效应光子晶体滤波器光谱检测稳定性的研究

由于光子晶体滤波器带宽窄和高灵敏度的特点,检测抗体含量极限可以达到ng·mL-1。可以应用于生物传感器监测生物大分子内部反应过程。一维光子晶体滤波器作为生物传感器换能元件将生物信息转化为可检测的光电信号信息,主要反应在光谱仪测得共振波峰所在波长的变化。精确测试时,检测传感系统的稳定性是首要考虑的关键因素。稳定性决定实验数据的有效性。该工作对所制备的基于导模共振效应的一维光子晶体滤波器结构进行形貌和光谱测试,介绍了实验室所搭建的实时检测传感系统。由于系统集成度、 耦合损耗等因素的影响,光谱信息出现一定的噪声信号。因此,重点提出利用Lab VIEW编程实时监控光子晶体滤波器共振波峰值随时间的变化,由光谱变化情况来反应本套检测系统的稳定性和测试数据的有效性。同时这种实时监控程序也可用来监控其他基于导模共振生物传感系统的稳定度。该检测系统由于震动,光源抖动等问题产生的共振峰值漂移为0.25 nm,通过与模拟计算结果比较可以判定系统稳定性可以达到试剂检测的要求。