基于小波变换技术的荧光光纤温度传感器研究

提出了一种荧光光纤温度测量系统.采用双光路双通道测量方式以及化学镀膜和热处理工艺相结合的微小荧光探头制作技术,在研究微弱信号的检测和处理技术的基础上,选用小波变换技术对荧光信号进行消噪处理.系统的温度实验、标定实验和重复性实验.结果表明该系统具有较高的准确度和温度分辨能力.     

基于小波变换技术的荧光光纤温度传感器研究

提出了一种荧光光纤温度测量系统.采用双光路双通道测量方式以及化学镀膜和热处理工艺相结合的微小荧光探头制作技术,在研究微弱信号的检测和处理技术的基础上,选用小波变换技术对荧光信号进行消噪处理.系统的温度实验、标定实验和重复性实验.结果表明该系统具有较高的准确度和温度分辨能力.     

农田土壤水分含量的激光诱导荧光光谱表征

通过实验探讨了植物的激光诱导叶绿素荧光光谱与土壤水分间的关系。实验利用Y-形光纤探头获取了植物在450 nm LED光源照射下所发出的叶绿素荧光光谱,同时利用TDR传感器测量土壤湿度。实验以水稻为研究对象,研究了在持续水分胁迫和间歇水分胁迫下,叶绿素荧光光谱743 nm附近波峰的变化,结果发现,波峰强度与土壤水分含量具有相关性。最后,利用Lorentzian方程,将持续水分胁迫下的土壤含水量与叶绿素荧光强度进行建模,发现所建的模型具有较高的决定系数,说明该方法可以应用于农业生产中对土壤水分的测量。     

利用白光干涉技术测量块状材料的群折射率

对群折射率的精确而快速测量是光学工程领域一个基础而又亟需解决的难题,本文提出了一套光谱型迈克尔逊白光干涉系统的解决方案.该系统充分利用了微型光纤光谱仪一次测量便可获得所有干涉信息的特点,无需机械扫描装置,具有结构简单和测量快速的优点.与传统的窗口傅里叶变换算法相比,本文采用小波变换直接从干涉信号的小波脊中提取群延迟,减小了由相位求导得到群延迟过程中引入的误差放大效应,进而提高了群折射率的测量精度.基于此迈克尔逊白光干涉系统,在不同干涉位置处对两块不同厚度的石英和BK7玻璃进行了测量,实验结果表明此方法在宽 关键词： 白光干涉 群折射率 小波变换 傅里叶变换     

基于提升小波变换的矿物油荧光光谱去噪研究

矿物油的使用是造成雾霾等空气污染问题的重要原因。矿物油荧光光谱检测系统光谱消噪处理的有效性和快速性是在线实时监测系统的热点问题。研究应用提升算法小波变换(LWT)矿物油荧光光谱去噪的方法。与传统的离散小波变换(DWT)相比,提升小波变换将现有的小波滤波器分解成基本的构造模块,分步骤完成变换,结构简单,运算速度快。在矿物油荧光光谱去噪过程中具有运算量低、原位运算和便于实现的特点,有效解决了传统小波变换在这方面的不足。提升算法的小波变换、传统离散小波变换和经验模态变换(EMD)分别运用到0#柴油、97#汽油、煤油三种矿物油的荧光光谱去噪中,评价去噪效果指标的信噪比(SNR)、重构均方根误差(RMSE)和波形相似度(NCC)证明了提升方法小波变换用于矿物油荧光光谱去噪的有效性。同时,提升算法变换能提高构造的灵活性和运算的简单性使消噪时间降低62%,证明了提升算法的小波变换运用到矿物油荧光光谱去噪中的快速性,适于矿物油实时消噪处理系统。     

基于小波变换的蓝宝石荧光光纤温度计

采用激光加热小基座法生长出掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头，它具有结构紧凑，耐高温等特点，测温范围从室温到450℃。使用基于小波变换的数据处理方法，有效去除信号中的噪声，提高了信噪比。在对荧光测温机理和有关光纤技术进行分析的基础上，采用与调制荧光信号相关的双参考源相位锁定测量方案，可在无激励光干扰的情况下对荧光寿命进行实时测量。根据噪音和信号在小波变换下表现出的不同性质，提出以小波变换为基础的温度信号特征提取及消噪方法。与其它处理方法相比，小波变换方法可以克服傅里叶变换对突变信号不起作用的缺点，同时又比Gabor变换具有可变窗口的优点。该方法可以缩短测量时间，提高测量分辨率。     

高叶绿素水体荧光峰位置变化响应关系研究

水体反射光谱红光区荧光峰是叶绿素特有的光谱特征,研究其位置变化与叶绿素的响应关系有助于内陆水体叶绿素含量的定量反演。通过2004～2006年13次长春南湖水体反射光谱和水质参数实测数据,分析了不同光谱分辨率下荧光峰位置变化与叶绿素a含量的响应关系,结果表明,两者呈现指数函数关系,即Peak position=a(Chl-a)b,不同光谱分辨率下,a在686.11～686.29,b在0.006 2～0.006 5间变化,且光谱分辨率越高,响应关系越好;荧光峰平均波长位置与叶绿素平均含量高度相关(R2>0.81),荧光峰位置变化适合用于反演叶绿素含量分布较为均匀的水体。这为今后利用成像光谱仪监测内陆水体叶绿素含量提供了实验和工作基础。     

基于RBF网络的光纤荧光海水叶绿素a含量在线监测系统的研究

介绍了能够实现对海水中叶绿素a含量在线监测的光纤荧光系统。系统将荧光技术、光纤技术和基于RBF(Radial Basis Function Neural Network)神经网络的标定方法相结合，建立了用于海水叶绿素a含量在线监测的最佳RBF网络结构，系统具有结构简单，探头无源及高灵敏度等特点。     

高光谱定量反演火龙果茎枝叶绿素含量的研究

火龙果是近年来引进我国的营养价值高、经济效益好的新型水果,肉质茎枝是其主要光合器官,与常见果树具有较大差异。为探索以茎枝为光合作用器官的植被的光谱特征及其生化组分的估测方法,以火龙果为研究对象,在贵州省典型种植区罗甸县开展了4个氮肥梯度田间试验,同步测定不同养分丰缺程度下的火龙果茎枝高光谱和相应叶绿素含量数据;然后分析火龙果茎枝光谱数据的演化规律,并采用数学变换、连续小波变换算法并结合相关性分析算法处理分析火龙果茎枝光谱数据,提取并筛选特征波段;最后利用偏最小二乘算法构建火龙果茎枝叶绿素含量估测模型。研究结果表明：（1）火龙果肉质茎枝的原始光谱曲线整体趋势与常见绿叶植物相似,但随施氮量的增加,火龙果近红外处的光谱反射率逐渐降低,变化趋势与常见绿叶植物相反,茎枝光谱的吸收峰（谷）随施氮量的增加呈升高（加深）的趋势。（2）数学变换中的一阶微分与在L₁-L₅尺度内的连续小波变换能有效提升光谱对叶绿素含量的敏感性,火龙果茎枝原始光谱与叶绿素含量的敏感区域主要位于730～1 400 nm,数学变换与连续小波变换均能提升光谱对叶绿素含量的敏感性。与常见绿叶植物相比,火龙果茎枝敏感波段分布相对分散,且多位于730 nm附近与近红外区域（1 100～1 600 nm）。（3）数学变换和连续小波变换能明显提升光谱对火龙果茎枝叶绿素含量的估测能力,其中基于一阶微分的估测模型与基于连续小波变换L₁与L₄的估测模型分别为数学变换与连续小波变换的最优模型,其验证精度分别为R2_验证=0.625,RMSE=0.048,RPD=1.238（一阶微分）;R2_验证=0.678,RMSE=0.037,RPD=1.652（连续小波变换）;表明高光谱技术可以作为火龙果茎枝叶绿素含量和营养诊断的无损监测手段。该研究为完善不同植被类型基于高光谱指数的叶绿素反演提供了补充。     

基于小波变换的人血清血卟啉荧光光谱分析法

卟啉是生命活动的重要物质,原卟啉可做为肿瘤血液标志物.人血清中血卟啉含量很低,且受多种因素影响.基于小波变换的人血清血卟啉荧光光谱分析法可实现对其弱信号的分辨.用多功能光谱测量系统获取人血清血卟啉荧光光谱,对获取的荧光光谱通过数次小波变换进行分解,将噪声与光谱信号分离,滤波后的荧光光谱进行6次分解后得到了离散逼近信号(a1～a6)和离散细节信号(d1～d6).信号频率随着分解次数的增加逐步降低.当分解到第6次时,出现了血卟啉荧光特征峰,成功地观测到血卟啉的荧光发射峰,实现了弱信号分辨,得到了血清中所含血卟啉的准确成份和定量信息,从而进行定性和定量分析,为血清荧光光谱用于肿瘤的早期诊断提供了一种方法.     

基于生物光学算法的海洋悬浮粒子检测技术研究

 通过研究分析海水中几种主要物质的固有光学特性,提出了基于生物光学算法的机载蓝绿激光雷达检测海洋悬浮粒子的方法。针对海洋悬浮粒子的两类代表物质浮游植物和非色素悬浮粒子,采用生物光学算法,分别构建了基于机载蓝绿激光雷达的浮游植物叶绿素浓度检测模型和非色素悬浮粒子浓度的检测模型。仿真计算可以证明这两个检测模型能有效探测出浮游植物叶绿素浓度的大小和非色素悬浮粒子浓度,为实际海洋悬浮粒子的检测提供理论基础和技术支持。     

基于荧光法的活体海藻识别方法研究

研究海域或水域的海藻类型对海域或水域的污染情况调查、赤潮的预测等具有重要意义。通过对由特征激发波长(420,440,460,470,530,560,590,610nm)激发的荧光光谱取平均值[1~3],按特征激发波长从小到大的顺序,计算了由相邻激发波长激发的荧光光谱平均值的比值,并对特征数据进行了相关分析,得到的绿藻之间的相关系数大于0.95,硅藻之间的相关系数大于0.85。结果表明,由特征激发光激发的荧光光谱均值和按顺序所取的比值可作为识别海藻的特征参数。     

显微荧光成像光谱技术在录井中的应用

利用显微成像光谱仪对岩芯样品进行荧光显微成像,所得信息构成光谱成像立方体,从而同时采集到含油岩芯样品表面组构的空间信息和所含烃类的荧光光谱信息,克服了目前通用的显微荧光技术的某些局限性,得到一定波长范围内岩芯表面荧光各波长的单色图像,利用相应的软件做进一步的数据处理,得到发光波长、发光强度及发光部位等多维信息,从而可以更直观、科学地揭示岩石中的石油烃类分布含量及岩石结构和构造等,对石油录井及油气水层的判别和评价具有重要的实用价值。     

Description of a biofluorescence optical particle counter

A bioaerosol fluorescence detection system is being constructed using an ellipsoid reflector-based optical particle counter. The flux measuring device is to size submicron marine spray aerosol particles smaller than 100 nm in diameter. It will simultaneously non-destructively excite and detect fluorescence from organic matter contained in the aerosol. Chlorophyll-a is the primary fluorophor target, used as a marker for detecting phytoplankton (or derivatives thereof) in the particles. Particles have been sized to 500 nm in diameter and fluorescence detection testing is underway. The device will aid the quantification and identification of this organic material contained in marine spray aerosols, providing improved inputs into climate models and air quality assessments.     

基于矩阵分析的STR荧光解谱技术

用多种荧光标记物进行STR检测时,由于荧光光谱的谱带展宽特性,各个荧光光谱之间有重叠部分,如何实现将相互重叠的各个波长上的能量有效利用起来,对提高荧光利用效率至关重要。本文给出了一种基于矩阵分析的数据处理方法,该方法在进行荧光探测前首先要对荧光谱进行光谱校正,即要得到每种所用标记染料受激发射荧光的光谱分布,根据光谱分布建立染料组合荧光信号矩阵,然后对矩阵进行归一,利用归一后的矩阵对所探测的荧光谱进行解谱,从而得到所期望的荧光谱图。理论分析和实验结果表明,该方法可以有效的利用各个波长的荧光光谱能量,并实现对不同荧光重叠谱的有效光谱解谱。     

虫草素与DNA作用的光谱研究

利用紫外光谱及以溴化乙锭 (EthidiumBromide ,EB)为荧光探针 ,研究了虫草素与小牛胸腺DNA的作用机理。讨论了不同浓度虫草素与DNA作用的紫外光谱 ,荧光光谱及磷酸盐对荧光的猝灭作用。从紫外光谱图上可看出DNA发生了明显的增减色效应并有轻微的红移现象 ,说明虫草素可能以其腺嘌呤碱基嵌入到DNA双螺旋碱基对间。DNA的荧光光谱先是增强然后减弱 ,最终伴随轻微的蓝移进一步表明了虫草素可能插入DNA双螺旋碱基对间。同时磷酸盐的猝灭作用说明虫草素与DNA的磷酸集团也能发生作用。最后通过Scatchard方程作图证明 :虫草素与DNA可能存在两种作用方式即插入方式和与DNA的磷酸基团结合。     

基于扩散理论的生物组织固有荧光光谱复原方法研究

组织固有荧光光谱定义为未受生物组织吸收、散射作用影响的荧光光谱,能够直接反映组织微观结构和生物化学性质信息。为了减少吸收和散射特性对组织荧光光谱的干扰,从实测的组织荧光光谱中复原更能反映组织荧光特性的组织固有荧光光谱,搭建了基于光纤探头的组织光谱测量系统,实现生物组织相同位置处的荧光光谱和漫反射光谱测量。提出运用扩散理论从实测的漫反射光谱中提取组织生理参数,包括组织中血液体积分数、血氧饱和度、黑色素含量以及波长500 nm处约化散射系数和瑞利散射在总散射中的比例,进而计算可见波段范围内的组织光学参数;然后,根据组织光学参数和实测的漫反射光谱,从实测的荧光光谱中复原得到组织固有荧光光谱。进行临床试验验证,采集受试者皮肤组织荧光光谱与组织漫反射光谱,并复原皮肤固有荧光光谱。通过复原得到的固有荧光光谱反映人体皮肤糖基化终产物积聚量,并最终用于糖尿病无创筛查。结果显示,分别使用实测的荧光光谱和复原得到的固有荧光光谱用于糖尿病筛查时,在特异性水平同为75%时,敏感性分别为69%和90%。     

基于荧光技术的啶虫咪农药检测仪的研究

设计了一套基于线阵CCD光电转换原理的荧光检测系统。利用该系统实现了对啶虫咪农药荧光光谱特性的检测。用CCD检测仪取代了常用的光电转换器件——光电倍增管，通过与光栅结合实现了光谱的快速分析。根据噪声和信号在小波变换下表现出的截然不同的性质，提出基于小波变换技术的荧光信号特征提取及消噪方法。结果表明，采用小波去噪能更好地保留荧光光谱峰值处的信息，可以大大提高系统的检测精度。     

X射线管激发X荧光光谱连续本底扣除方法研究

X射线管是目前X射线荧光光谱分析中最常采用的激发源,它所产生的原级谱成为了X荧光光谱中本底成分的主要来源,在对这种光谱进行进一步的分析处理之前需要对其本底进行扣除,对本底估计的准确性直接影响后续处理步骤的效果。对射线管激发X荧光光谱的成分进行了分析,针对其本底特点构造了一种本底强度的估计方法,并根据实测谱线构建了理论测试谱线以便对光谱处理算法的效果进行评价。该方法利用测得X射线荧光光谱中不包含特征峰的谱段对X射线管原级谱造成的本底成分进行估计,使用只包含连续本底的谱段对整个测量谱段进行插值,从而避免了谱线特征峰重叠或对半高宽估计不当时所产生的影响。利用构建的测试光谱对SNIP法、傅里叶变换法和本文的本底估计方法的使用效果进行了比较,使用该方法估计的本底与理论本底更加接近。结果表明使用的方法对X射线管激发的X荧光光谱的本底估计准确,可以采用这种方法对连续本底进行扣除,在对实际测得的X射线荧光光谱的本底扣除中取得了较好的应用效果。     

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%。