FBG测温系统的光谱校正算法的研究

为了解决在大范围、多点位温度实时监测过程中温度传感器铺设工程复杂、维护成本高等问题,研究开发了基于光纤布拉格光栅结构的温度监测系统。利用光纤光栅衍射对波长的选择性,建立了温度与波长的函数关系,通过计算波长变化量反演被测位置的温度信息。由于环境、材料等因素,光谱分布与温度变化并不满足线性变化,所以设计了光谱校正算法完成波长与温度函数的曲线拟合,曲线拟合度大于99.7%。实验采用FB136L-IAC型防爆干燥箱、LPT-200型二极管,1 550 nm光纤等对20～280 ℃范围内温度进行多点位实时检测,实验结果显示,当防爆干燥箱中的温度每改变1 ℃时,对应的中心波长向长波方向偏移大约0.04 nm,与标准温度测试数据进行对比,误差低于±0.3 ℃。由于系统采用光纤传感网络,所以具有很强的抗电磁干扰能力,而光纤光栅衍射可实现精密测量,动态响应范围大、精度高。系统的新颖之处在保证高精度测量的同时,仍满足大范围、多点位、高抗干扰能力的快速铺设,具有很强的实际应用价值。     

免疫算法: 一种新的多组分重叠色谱信号的解析方法

色谱及其联用技术的快速发展使其成为复杂样品分析的重要手段,但在复杂样品分析中仍难以避免多组分色谱信号的重叠。化学计量学利用数学方法对复杂重叠信号进行解析,为复杂样品的色谱分析提供了新的手段。本文对免疫算法研究的近期进展进行了总结,并以具体的实例介绍了其在多组分重叠色谱信号解析方面的应用。     

偏最小二乘回归用于近红外光谱分析的稳健策略

偏最小二乘法（PLS）在近红外光谱（NIR）定量分析中占有重要地位,但预测结果往往容易受到样本分组和奇异样本等因素的影响,稳健性不强。多模型PLS (EPLS）方法在模型稳健性上得到提高,然而它无法识别样本中存在的奇异样本。为了同时提高模型的预测准确性和稳健性,本文提出了一种根据取样概率重新取样的多模型PLS方法,称为稳健共识PLS（RE-PLS）方法。该方法通过迭代赋权偏最小二乘法(IRPLS)计算样本回归残差得到每个校正集样本的取样概率,然后根据样本的取样概率来选择训练子集建立多个PLS模型,最后将所有PLS模型的预测结果平均作为最终预测结果。该方法用于两种不同植物样品的近红外光谱建模,并与传统的PLS及EPLS方法进行比较。结果表明该方法可以有效的避免校正集中奇异样本对模型的影响,同时可以提高预测精确度和稳健性。对于含有较多奇异样本的,复杂近红外光谱烟草实际样本,利用简单PLS或者EPLS方法建模预测效果不是很理想,而RE-PLS凭借其独特优势则有望在这种复杂光谱定量分析中得到广泛的应用。     

吖啶橙-罗丹明B荧光共振能量转移猝灭法测定砷

研究了利用吖啶橙(AO)-罗丹明B(RB)共振能量转移荧光猝灭法测定痕量砷的方法。在λ_ex/λ_em=470/580 nm,0.016 mol·L-1 H₂SO₄溶液中,十二烷基苯磺酸钠(DBS)存在下,吖啶橙-罗丹明B能够发生有效的能量转移,使罗丹明B的荧光强度大大增强;在酸性条件下,砷与钼酸铵生成砷钼杂多酸使能量转移体系罗丹明B的荧光猝灭。利用吖啶橙-罗丹明B能量转移荧光猝灭法测定痕量砷,砷在0.01～0.25 mg·L-1范围内与罗丹明B荧光猝灭程度呈良好的线形关系,方法检出限为2.56 μg·L-1。该方法用于茶叶中痕量砷的测定,相对标准偏差为0.48%～0.64%,回收率为98%～103%,结果满意。     

一种提高静态傅里叶干涉仪光谱分辨率的方法

为了在不改变静态傅里叶变换干涉具尺寸的前提下提高光谱分辨率,设计了正交斜楔型静态傅里叶变换干涉具,采用两个正交的等效斜楔形成连续的光程差变化.通过推导传统干涉具与正交斜楔型干涉具的光程差函数,设计了采用正交斜楔型干涉具增加有效探测长度,从而提高光谱分辨率的方法.经仿真计算,正交斜楔型干涉具的最大光程差为0.323 4 mm,比传统干涉具的0.080 8 mm大4倍左右,即光谱分辨率提高了4倍.实验证明,由于正交斜楔的探测原理使干涉具边缘的干涉条纹产生畸变,故要对干涉条纹进行边缘切除及滤波,给出了切除大小的计算公式.采用WQF520型光谱仪进行对比实验,检测800 nm的激光,该干涉具误差小于1 nm.该方法可有效地提高静态傅里叶变换干涉具的光谱分辨率.     

十二烷基苯磺酸钠胶束中吖啶橙与罗丹明6G间的能量转移机理研究

以吖啶橙(AO)与罗丹明6G(R6G)为例讨论了胶束介质中碱性荧光染料间相互作用的机理。在十二烷基苯磺酸钠水溶液中,吖啶橙与罗丹明6G染料分子间相互作用发生有效能量转移。在不同温度下,通过对能量转移体系研究,初步证明吖啶橙与罗丹明6G间发生能量转移引起吖啶橙的荧光猝灭为静态猝灭过程。通过热力学参数的计算,得出能量转移体系的结合力主要为静电引力。同时也对转移体系的能量转移效率,结合位点数和结合距离进行了计算。     

静态傅里叶变换干涉具在大视场探测中的应用

为了同时满足大视场、实时探测的要求,采用静态傅里叶变换干涉具,通过计算在-45°～45°范围内关于入射角度与相干条纹的光程差函数,仿真结果显示,倾斜入射干涉具会造成干涉条纹变密、暗带增宽、探测波长偏移等结果.提出了一种采用双干涉具循环运算的激光方向、波长的求解方法.采用折射率为1.46、斜楔角度1°的静态傅里叶变换干涉具做实验.由试验结果可知,每改变1°所对应的波长变化为2 nm,应用该方法可以在较大视场范围内求解激光方向及波长信息.     

高精度陀螺经纬仪在阵地定向测量中的应用

战略武器的试验与发射是一项复杂精密的特殊工程，基准射向标定是该工程中的关键之一。基准射向的标定方法有多种，而采用Gyromat2000陀螺经纬仪是目前高精度阵地测量定向的最简捷方法。与传统定向方式相比较，高精度陀螺经纬仪的使用为发射阵地的射向标定提供了更为有效的测量和检核途径。在简述了Gyromat2000陀螺经纬仪在战略武器发射阵地的测量应用情况的同时，提出了对于该仪器测量前后仪器常数“e”的标定、测量成果F检核方式和仪器测量不确定度分析的内容，说明Gyromat2000陀螺经纬仪可以作为战略武器发射射向标定的高精度测量仪器，同时为该仪器的使用提供了重要而积极的作用。     

蒙特卡洛交叉验证用于近红外光谱奇异样本的识别

奇异样本识别是建立稳健模型的基础,但大样本数据集中奇异样本的识别非常困难．基于样本在蒙特卡洛交叉验证中的统计规律提出了一种奇异样本的识别方法,即首先利用蒙特卡洛交叉验证建立一定数量的模型,然后按照预测误差平方和（PRESS）排序并统计每个样本在不同模型中的出现频次．由于奇异样本的特殊性,其出现频次将与正常样本具有显著差异．通过对4组数据进行考察,结果表明：此方法可以有效地识别近红外光谱中的奇异样本,比常用的留一法交叉验证（LOOCV）方法具有更强和更准确的识别能力．     

一种提高静态傅里叶干涉仪光谱分辨率的方法

为了在不改变静态傅里叶变换干涉具尺寸的前提下提高光谱分辨率,设计了正交斜楔型静态傅里叶变换干涉具,采用两个正交的等效斜楔形成连续的光程差变化.通过推导传统干涉具与正交斜楔型干涉具的光程差函数,设计了采用正交斜楔型干涉具增加有效探测长度,从而提高光谱分辨率的方法.经仿真计算,正交斜楔型干涉具的最大光程差为0.323 4 mm,比传统干涉具的0.080 8 mm大4倍左右,即光谱分辨率提高了4倍.实验证明,由于正交斜楔的探测原理使干涉具边缘的干涉条纹产生畸变,故要对干涉条纹进行边缘切除及滤波,给出了切除大小的计算公式.采用WQF520型光谱仪进行对比实验,检测800 nm的激光,该干涉具误差小于1 nm.该方法可有效地提高静态傅里叶变换干涉具的光谱分辨率.