应用浮动基准法修正光谱光源漂移影响的模拟验证

近红外无创伤血糖检测目前面临的挑战主要是测量条件难以保证稳定、测量系统及被测对象自身的背景变化等问题,导致很难从背景变动的光谱中提取出糖浓度变化信息。经过多年的实验研究发现应用浮动基准参考测量法有望消除仪器漂移及被测对象自身背景变动的影响。但是浮动基准位置因人及测量部位不同而异,在不同的测量波长下其浮动基准点位置也不同,因此,欲在实验中验证浮动基准法的光谱修正效果需要测量出与入射光位置不同径向距离处的漫反射光强,然而在实际实验中位置精度很难保证。为此,研究了用模拟实验的方法验证多波长下浮动基准法对光源漂移所引起的光谱变化的修正效果,基于Monte Carlo模拟,分别采用浓度为5%和10%的Intralipid溶液作为被测样品,通过改变入射光子数模拟光源漂移的影响。得到模拟的光谱数据后,利用浮动基准法对其进行处理,并分别对浮动基准法修正前后的光谱数据进行偏最小二乘建模分析,将预测结果进行比较发现：两种浓度Intralipid溶液在存在光源漂移影响情况下修正后的模型预测精度预测均方根误差(RMSEP)相比于修正前分别减小了98.57%(5% Intralipid)和99.36%(10% Intralipid)。表明浮动基准法在消除光源漂移的影响方面效果明显。     

含分数阶Bingham模型的阻尼减振系统时滞半主动控制

针对基于磁流变液阻尼器的半主动控制系统中存在的时滞问题, 采用了一种将可控的时滞变量引入半主动控制切换条件的控制策略, 研究了考虑时滞的天棚阻尼控制切换条件对半主动阻尼减振系统的影响, 分析了含有分数阶Bingham模型的线性刚度系统在基础激励下的振动特性. 利用平均法得到了系统在含时滞半主动控制策略下主共振响应的近似解析解, 根据Lyapunov理论分析了系统的稳定性. 通过数值解验证了近似解析解的准确性, 二者具有较好的一致性. 利用近似解析解分析了固定激励频率下时滞对系统幅频响应特性的影响, 以及主共振峰值响应和共振频率随时滞变化的特性规律. 结果表明, 含时滞的半主动控制系统存在一个小时滞区间, 使得系统的振幅在主共振峰对应的频率附近低于不考虑时滞时系统的振幅, 且存在最优时滞使得系统的振幅大幅度降低; 而大时滞的引入会加剧系统的振动, 导致系统的颤振. 确定了基于分数阶Bingham模型的线性刚度系统在天棚阻尼半主动控制下的时滞选取原则, 为振动系统半主动阻尼控制中的时滞选取提供了参考.      

Net analyte signal with floating reference theory in non-invasive blood glucose sensing by near-infrared spectroscopy

Based on the floating reference theory, a new method for extracting the net analyte signal (NAS) is proposed. The noise background subspace is spanned by spectra at the floating radial reference point, and then, the spectra at the measurement point are projected on the subspace. Thereafter, the glucose concentrations in intralipid solutions are investigated through Monte Carlo simulation and experiments, and the partial least squares (PLS) models with and without NAS analysis are built. The root mean square errors of calibration and prediction reach to 28.87% and 27.33%, respectively. The results confirm the existence of information induced by glucose concentration variations as well as the validity of the floating reference theory.     

一种利用同一表面等离子体共振传感器检测多种残留物的方法

提出了一种新的利用基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)的生物光学传感器检测多种残留物的方法. 引入分子标记技术, 在修饰有羧甲基葡聚糖的芯片表面固定一层抗分子标记物的抗体, 通过对待测样品的两步孵育, 将对多种残留物的检测转化为对同一标记物的测量. 实验采用的分子标记物为牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin, BSA), 分别标记了四种被测物: 卡那霉素、三聚氰胺、氨苄青霉素和链霉素. 对四种被测物的水溶液进行了检测, 检测限分别为50, 10, 1.25和10 ng/mL, 均低于各自的最大残留检出限(Maximum Residue Limit, MRL). 该检测方法解决了原有竞争抑制法在检测时传感器的专一性问题, 实现了传感器的通用性, 同时该方法可推广到其他免疫法检测的领域, 使免疫传感器、免疫试纸等通用性增强.     

一类阻尼控制半主动隔振系统的解析研究

研究了一类基于相对速度反馈的含立方刚度的单自由度非线性半主动隔振系统.通过平均法得到了系统分别在基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略、速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略和位移-相对速度反馈的地棚阻尼控制策略下主共振响应的近似解析解,并利用数值解验证了近似解析解的准确性.通过 Lyapunov 理论对不同控制策略下系统的稳定性进行了分析,讨论了系统参数对控制效果的影响.分析结果表明,对 3 种基于相对速度反馈的控制策略进行解析研究时,切换条件中的控制参数具有相同的表达式;在抑制共振响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略在低频时的减振效果最好,而基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略在高频时的减振效果最优;在抑制瞬态响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略的减振效果最好.此类解析研究方法可应用到其他半主动开关控制策略中,为半主动隔振系统的控制策略研究提供了有效的方法和手段.      

利用SPR生物传感器检测牛奶中的氨苄青霉素残留

近年来,在食品安全检测领域,利用表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)传感器结合免疫测定方法进行痕量物质检测的技术得到了迅速发展。本文采用表面等离子共振生物传感器检测牛奶中的氨苄青霉素残留。从pH值、离子浓度和配体浓度三个方面讨论了实验条件对配体在传感器表面固定的影响,实验结果表明pH值为4.5、离子浓度为10mM以及配体浓度为400μg.mL-1为较佳实验条件。在此实验条件下对BSA-氨苄青霉素偶联物进行了固定,并采用该传感器对不同浓度的氨苄青霉素的水溶液和牛奶溶液进行了检测,最低检测限LOD分别为1.7ng.mL-1和1.8ng.mL-1,均低于氨苄青霉素的最大残留检测限(maximum residue limit,MRL)4.1ng.mL-1,验证了检测方法的可行性。     

复合干摩擦的准零刚度隔振系统的亚谐共振

利用增量平均法研究了复合干摩擦阻尼器的准零刚度非线性隔振系统在外部简谐激励作用下的1/3次亚谐共振. 首先利用平均法得到了复合干摩擦的准零刚度隔振系统的主共振近似解析解, 然后在系统主共振近似解析解的基础上将系统的亚谐共振响应看作增量, 并利用平均法得到了准零刚度隔振系统的亚谐共振近似解析解. 利用李雅普诺夫方法得到了准零刚度隔振系统主共振和亚谐共振稳态解的稳定性条件, 并推导了系统1/3次亚谐共振的存在条件. 根据近似解析解分别得到了复合干摩擦的准零刚度隔振系统的主共振和亚谐共振力传递率. 利用数值解验证了准零刚度隔振系统主共振和亚谐共振近似解析解的准确性. 利用系统的近似解析解详细分析了准零刚度参数和干摩擦力对系统主共振和亚谐共振的幅频响应以及力传递特性的影响. 分析结果表明, 通过选取合适的干摩擦力参数, 可以消除准零刚度隔振系统在主共振区域的亚谐共振. 通过复合干摩擦阻尼器不但可以提高准零刚度隔振系统在低频区域的振幅抑制效果, 而且可以降低准零刚度隔振系统的起始隔振频率, 但是会增大系统在有效隔振频带内的力传递率.      

基于平行因子分析法提高近红外无创血糖校正模型稳健性的研究

采用近红外光谱进行无创血糖检测时, 样品背景变动造成的预测集样本与校正集样本量测体系不一致的问题是导致预测精度低的原因之一. 提出一种将母体背景作为变量引入回归建模中, 结合各个母体背景下的样本光谱信息构建三维光谱矩阵以提高校正模型稳健性的分析方法. 将平行因子分析(PARAFAC)与多元线性回归(MLR)相结合, 对人体三层皮肤模型的蒙特卡罗模拟实验和葡萄糖水溶液及其混合物的离体实验进行了验证. 实验结果表明, 与传统的单一母体背景所建立的偏最小二乘模型相比, 将母体背景作为建模元素采用PARAFAC-MLR法所建立的校正模型具有更好的预测能力和稳健性.