基于石英晶体天平和微纳光纤的有机污染物在线监测

为了监测高功率激光驱动器中有机污染物的挥发特性以及其在光学元件表面的沉积特性,研究了基于石英晶体微量天平和微纳光纤传感器的真空腔体内有机物在线监测技术.首先测试了不同分子态污染物浓度时石英晶体天平的响应性能,然后采用视角因子等分法对微纳光纤传感器和石英晶体天平进行对比实验,模拟有机污染物在光学表面沉积的特性.实验结果表明,石英晶体天平和微纳光纤测试有机物在光学表面沉积时响应一致,均可用于高功率激光驱动器有机污染物的在线监测;当污染物面密度大于0.5×10-5g/cm2时,微纳光纤传感器有较高精度和响应速度;有机污染物浓度越高,其更容易吸附沉积在光学元件表面.     

大口径高变倍比红外目标模拟系统的设计

为了模拟红外目标由远及近的飞行过程,结合高变倍比红外连续变焦系统与大口径投影系统设计了一款红外目标模拟系统.连续变焦系统变倍比为20倍,工作波段为8~12μm,大口径投影系统口径为300mm,工作温度为-30~40℃.基于对系统参数的计算与分析,通过推导的消热差及消色差方程对材料进行合理选择及光焦度分配,实现了光学被动消热差设计,应用动态光学理论对变焦凸轮运动曲线进行了计算与绘制.系统成像质量分析结果表明,变焦过程中像面稳定,成像质量良好.该系统可以实现高倍率红外目标飞行距离的连续变化模拟,具有变倍比高,体积小,像质好,环境适应能力强等特点.     

微波消解-高分辨连续光源原子吸收光谱法测定锁阳和韭菜籽中的重金属元素含量

利用微波消解-高分辨连续光源原子吸收光谱法测定锁阳、韭菜籽两种中药材中铜(Cu)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)和汞(Hg)的含量.采用微波消解进行样品前处理,火焰原子吸收法测定其中的Cu含量,石墨炉原子吸收法测定Pb、Cd和Cr含量,氢化物发生原子吸收法测定As、Hg含量.方法线性关系良好,相关系数R^2大于0.999,加标回收率为95.61%~100.1%,RSD为0.8%~3.3%,测得锁阳和韭菜籽中Cu、Pb、Cd、Cr、As和Hg的含量值均低于《药用植物及制剂进口绿色行业标准》和食品安全国家标准《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中规定的限量指标.方法分析速率快、干扰少、精密度高,适用于中药材中重金属含量的测定.     

在线萃取分析系统快速测定水体中阴离子表面活性剂

以国标方法 GB 7494-1987为依据,采用直线模组自动控制系统和基于多通阀的复杂管路切换技术,实现对阴离子表面活性剂的在线、连续、多样品萃取分析.结果表明,阴离子洗涤剂在线萃取分析系统在0.1~2.0 mg/L质量浓度范围内,标准曲线的线性相关系数为0.999 9,检出限为0.035 mg/L,实际样品加标回收率为80%~115%,相对标准偏差在0.57%~5.73%之间,每个样品的实际检测周期为25 min,样品最大检测位数为20位.全自动萃取分析系统整个萃取过程完全密闭,且可恒温恒湿,操作过程试验人员不会接触三氯甲烷试剂,整个萃取分析流程较手动萃取快速高效,完全满足水样批量分析及实时监测的要求.     

基于裂环谐振器的高Q值太赫兹连续域束缚态全介质超材料

连续域束缚态（BIC）已被广泛用于设计具有高品质因数（Q值）谐振的超材料中。通过在一个周期单元中设置两对高折射率裂环谐振器（SRR）,设计了一种太赫兹全介质超材料。基于超晶格模式的对称性保护原理,通过改变其中两个SRR之间的距离,获得了可观测的准BIC(QBIC)模式。通过调节不对称度可以调制Q值,并且QBIC的Q值与结构的不对称度之间呈现出二次反比的关系。感应电场和磁场的空间分布以及感应电流的多极展开都表明了谐振是由电四极子的激发引起的。所提出的超材料具有较窄的谐振线宽,其灵敏度和FOM(figure of merit)分别为254.8 GHz/RIU和509.6,可以作为高灵敏度的折射率传感器。     

动态监测骨质疏松性微结构退化的超声全波反演方法

研究了基于全波反演(FWI)的骨骼超声层析成像方法,用于动态监测骨质疏松性微结构退化的进程。采用雌性小鼠注射药物建立骨质疏松症模型,在第0, 2, 4, 6周通过Micro-CT扫描活体小鼠,重建获得小鼠股骨骨骼结构。以第0周骨骼结构为基准输入模型,通过不同的超声收发模式(透射、反射及透射-反射双模式),仿真分析了FWI监测不同骨质疏松进程的骨微结构退化的效果。结果表明,初始模型为均匀介质(纯水)时, FWI反演失效,不能准确重建骨骼结构。初始模型中考虑了基准骨骼结构(第0周)时, FWI能准确反演骨骼组织声速(均方根误差(RMSE)<17 m/s,平均相对误差(MRE)<7.2%),精确重建骨骼结构(结构相关系数(CC)> 0.85)),因此可以准确监测不同骨质疏松进程(第2, 4, 6周)的骨微结构退化情况。对比不同超声收发模式,透射-反射双模式FWI监测骨微结构退化的性能优于单一透射或反射FWI监测方法。考虑了基准骨骼模型的FWI可用于动态监测骨微结构退化,对评估骨质疏松进展具有一定意义。     

利用换能器电信号相位特征实时监测高强度聚焦超声治疗中的声空化

高强度聚焦超声(HIFU)激发的声空化可加速靶组织的热消融,但声空化的实时监测是一个亟需解决的问题。利用HIFU换能器驱动电信号的相位差与电阻抗之间的数学模型,建立了HIFU辐照及换能器驱动电信号、声空化信号实时检测实验系统,探究了HIFU辐照离体牛心组织过程中,换能器驱动电信号的相位差与B超影像灰度变化及宽频水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号的变化规律。结果表明:当声空化发生时,换能器驱动电信号相位差的变化与水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号变化具有一致性,通过相位差的变化可实现HIFU辐照靶组织中声空化的实时、精准监测,这为HIFU所致声空化的实时监测提供了一种有应用前景的解决方案。     

基于相机组网的测量误差传递机理及抑制方法

位移监测是结构健康监测最基础、最常规的任务之一。针对桥梁、隧道等长大线状结构形变监测,基于相机组网的位移传递测量是有效手段,但随着相机测站数量的增加,提点误差、模型简化等因素会导致相机网络的误差传递与累积,从而使得测量方程的病态程度增加,如何有效地抑制相机网络误差累积效应是该方法的关键问题之一。为此,本文对相机组网测量误差传递机理进行了系统分析,并提出一种基于误差系数的位移传递测量误差抑制方法,通过误差系数可以对网络测量误差直接进行表征。根据所构建的理论模型,优先在控制点处布置相机测站,尽可能在相机测站处增加标志点,并尽可能在相机测站间多布设标志点,以优化相机网络构型、提高测量精度,并在大跨度斜拉桥上对误差抑制方法进行了现场验证。结果表明,通过优化网络构型,相机网络的传递误差最高可被抑制79.19%。该研究可为相机组网测量在实际工程特别是长大线状结构形变测量中的应用提供有效的累积误差抑制和网络构型优化手段。     

基于深度学习的简化多信道并行光性能监测

提出了一种基于信号光谱和多任务深度神经网络（MT-DNN）的多信道并行光性能监测（OPM）方案,采集多信道光谱图进行预处理来设计幅度直方图（Ahs）,可实现波分复用（WDM）系统多信道调制格式识别（MFI）和光信噪比（OSNR）监测。在建立的3信道WDM相干光通信系统中,对由PDM-4QAM/16QAM/64QAM组合的10种调制格式的3信道信号实现了MFI准确率为100%、OSNR监测的平均绝对误差（MAE）为0.16 dB的精准监测。为进一步研究所提OPM方案的性能以应对复杂的传输环境,提出了迁移学习辅助的多任务深度神经网络（TL-MT-DNN）用于多信道MFI和OSNR并行监测。结果表明,所提方案可移植性较好,还可节省大量样本和训练周期,其MFI准确率仍可达100%,3信道OSNR监测的MAE分别为0.24 dB、0.20 dB和0.19 dB。     

激光烧蚀硅基表面抗反射微结构的声信号监测

为了提高抗反射硅表面制备的加工质量、缩短研制周期,提出了一种基于时频域处理的面向激光加工过程的声波信号在线监测及分析方法。利用声信号的时频谱图分析了0～30 kHz内的声信号与激光烧蚀形成的表面微结构特征尺寸之间的相关性,具体分析了激光功率及加工次数对微结构深度及声信号各频率幅值变化的影响。以声信号作为输入,基于人工神经网络对加工质量进行预测。实验结果表明：通过监测激光加工时产生的声信号能够明确反映被烧蚀硅表面是否形成周期性微结构,且微结构宽度不同,其对应的声信号频率组成也不同。在微结构宽度固定的情况下,归一化后的声信号特征参数随微结构深度线性变化,且受到激光功率变化的影响忽略不计。以硅基表面5%的反射率作为加工质量分界线,采用人工神经网络对加工质量的预测结果与实际测量结果的准确率可以超过90%。结果表明：声波在线监测可以有效应用于评估表面加工质量,为抗反射硅表面制备过程的实时监测提供了理论依据。