太阳光谱辐射计的信号传递与性能表征模型研究

太阳光谱辐射计作为一种专用光谱辐射测量仪器,对于其宽谱段和大动态范围的测量特点,准确完整地表征分光性能是十分重要的。研究内容旨在为太阳光谱辐射计的研制与验证提供明确的理论依据和测试方法,给出清晰而准确的机理模型和指标模型对光谱仪器系统的设计和评估提供指导。因此,重点阐述了光谱仪器系统的信号传递模型到性能指标模型的推导和建立过程。线谱扩展函数这种串联卷积模型能够综合反映仪器的各个元件对系统的影响,而且很容易通过窄带线谱光源测试而得到,并且线谱扩展函数矩阵能够清晰完整地给出光谱仪器的分光性能细节特性。而在线谱扩展函数的基础上再进一步提取关键几何特征,通过简单的算法定义即可得到半高全宽(FWHM),带外抑制和带外辐射这三项示性函数指标,可以很好地对分光系统的性能进行定量表征,是十分有效的光谱仪器系统性能评估的指标模型。     

基于中温黑体的近红外光纤光谱仪辐射定标的方法研究

中温黑体是红外谱段常用的高精度辐射标尺设备,而近红外是处于其有效辐射范围边缘的谱段,所以该谱段的定标研究相对较少。研究了基于中温黑体的近红外光纤光谱仪辐射定标方法,主旨是探讨定标精度如何受定标模型的结构参数选择的影响,进而为近红外光谱辐射计量溯源提供技术参考。采用50～1 050 ℃的可调中温黑体对近红外光纤光谱仪(950～1 700 nm)进行辐射定标。针对定标的关键环节重点讨论了两个内容,首先是辐射传输模型的几何因子匹配问题,比较分析了传统的双圆盘辐射传输模型和光纤直接耦合模型。对于光纤光谱仪的辐射定标来讲,采用光纤直接耦合形式的辐射传输模型,结构上更简单,耦合效率更高。其次重点分析了辐射定标中模型的结构参数对定标精度的影响,其影响的原因是定标数据本身属性中的尺度结构特征,即通常所说的非线性问题。因此对于定标精度要求较高时,需要采用非线性定标模型进行校正,并尽可能保证测试点采样的尺度均衡,这是小样本数据解释非线性结构关系时无法回避的样本选择问题。数据分析结果表明,定标方程的不同结构参数的选择策略对定标精度有显著影响,校正方程的样本残差标准差带变化范围为±0.1%～±1%。     

基于特征投影图的小麦近红外光谱变量选择方法研究

为了简化模型,提高模型预测精度,利用特征投影图(LPG)进行变量选择。对原始光谱进行连续小波变换(CWT),利用主成分分析(PCA)得到LPG,假定LPG中共线性光谱变量对建模作用相同,选出少数特征光谱变量建立预测模型,所得模型预测均方根误差(RMSEP)为0.345 4,优于其他建模方法,研究结果表明,LPG变量选择可有效简化近红外光谱模型,提高模型预测精度。     

助熔剂法生长CaLa2B10O19晶体

本文通过X射线衍射(XRD)分析、差热分析(DTA)和化学分析研究了CaLa2B10O19(LCB)晶体中的包裹体及在晶体生长过程中包裹体产生的原因.说明了包裹体的主要成份是LaB3O6,高温溶液中B2O3的挥发是造成包裹体产生的主要原因.为消除包裹体的产生,选择了合适的助溶剂,分别以100mol; CaB4O7和50mol; B2O3和150mol; CaB4O7为助溶剂生长出了一定尺寸、光学质量较高的LCB晶体.     

CCD光谱辐射计的非线性特性建模与校正

采用自主研制的CCD光谱辐射计,对CCD探测器的积分时间和光强灰阶2个关键参数的非线性参数依赖特性进行实验与建模,给出CCD的微分非线性量化表征函数,并以此为基础实现CCD在多级尺度下自动积分时间调整测量的非线性修正.以激光作为输入光源进行双参数调节响应特性测试,并对CCD光电转换非线性特性进行分析.根据数据集曲线族的结构特征重构数据表征空间,在新的表征坐标下进行CCD的参数依赖非线性变化关系的拟合建模.结果表明,在多级尺度范围内,该模型能够通过2个参量描述CCD光谱辐射计产生的非线性偏差变化的精确函数关系,即实现了相关双参数在CCD光电转换过程中产生非线性偏差现象的精准量化表征.采用该模型进行非线性校正后与监测功率计进行比较,发现该模型能够有效地将非线性偏差降低至±2%以内.     

声光调制光谱相机的成像漂移

研究了基于声光可调滤波机理的光谱相机在成像时由声光晶体的色散而产生的图像漂移现象。利用色散补偿法和图像位移补偿法,理论计算并实验测量了声光可调滤波器（AOTF）在可见光（488～644 nm）波段内由晶体外衍射角所引起的图像漂移,并进行了优化实验。采用色散补偿法,调整入射光为准平行光,入射光波长为488～644 nm时,在晶体出射面添加0.6°的光楔,晶体外衍射角的变化量可由0.066 50°降低到0.004 2°,即图像漂移量由162.1μm降低到10.9μm;采用图像位移补偿法,不添加光楔,入射光波长为488～644 nm时,图像水平漂移量可从468μm降低到0.658μm,漂移量在一个像元内。实验表明：基于提出的两种方法可忽略成像漂移对图像的影响,有效提高了基于AOTF机理的光谱相机的成像分辨率。     

维多利亚蓝B标记分光光度法测定DNA

本文研究了阳离子染料维多利亚蓝 B与脱氧核糖核酸 (fs DNA、ct DNA)的结合反应。在 p H=5 .5—6 .5条件下 ,在波长 6 16 nm处有固定吸收峰 ,且随着 DNA加入量的增加 ,其吸收峰显著下降。据此 ,本文以维多利亚蓝 B为标记物 ,根据其在波长 6 16 nm处吸光度下降的程度 ,可用于定量测定 DNA。其线性范围分别为 0 .82— 7mg/ L(fs DNA)、0 .5 3— 6 mg/ L(ct DNA) ,表观摩尔吸光系数分别为 4 .4 8× 10 4、4 .5 6×10 4L· mol-1· cm-1,相关系数分别为 0 .9984、0 .9978。方法具有较高的灵敏度和选择性。用于合成试样分析 ,结果令人满意。     

LaB3O6-CaB4O7赝二元体系相图的初步研究

本文通过X射线粉末衍射和差热分析等方法研究了LaB3O6-CaB4O7赝二元体系相图.LaB3O6-CaB4O7赝二元体系中除了LaB3O6和CaB4O7外只存在化合物CaLa2B10O19,它是一种非同成分熔融的化合物,转熔温度约1047℃,在此温度下液相、LaB3O6和CaLa2B10O19之间发生包晶反应.在温度967℃左右,存在CaB4O7、CaLa2B10O19和液相之间的共晶反应,共晶点的成分约87mol; CaB4O7.根据所得到的结果,采用高温溶液生长法,选择摩尔比CaB4O7∶CaLa2B10O19分别为1∶1、1.5∶1和2∶1三种不同浓度的熔盐体系来生长CaLa2B10O19,结果都可以长出CaLa2B10O19晶体.     

La2CaB10O19晶体的生长和缺陷研究

本文报道了采用顶部籽晶法(TSSG)沿<001>、<100>和<010>方向生长的La2CaB10O19(LCB)晶体的形貌.研究了晶体生长中易出现的平行连生和解理现象,分析表明包裹体和晶体结构因素分别是造成这两种缺陷的主要原因.利用光学显微镜观察了LCB晶体的生长台阶、包裹体,发现液、固相包裹体一般分布在晶体的解理面和自然面上,而少量的气相包裹则常分散在液相包裹中构成"眼状"结构.借助光学显微镜结合化学腐蚀法,对不同晶面的腐蚀形貌进行了研究.结果表明(100)面蚀象为顶角扭曲的圆锥状,(001)为梯形或三角形,并且它们的排列严格一致.在晶体的b方向切片的正反两面观察到的蚀象完全不同,可以认为是晶体在此方向的强烈各向异性引起的.     

基于自加权变量组合集群分析法的近红外光谱变量选择方法研究

变量选择技术是光谱建模的重要环节。本研究提出了一种新的变量选择方法——自加权变量组合集群分析法(AWVCPA),首先通过二进制矩阵采样法(BMS)对变量空间进行采样;其次通过对变量出现频率(Fre)和偏最小二乘回归系数(Reg)两种信息向量(IVs)做加权处理,得到了每个光谱变量的贡献值,进而考虑到了Fre和Reg两类IVs对于光谱建模的影响;最后通过指数衰减函数(EDF)删除贡献小的波长点,进而实现特征变量选取。以啤酒和玉米两组近红外光谱数据为例,基于偏最小二乘法(PLS)建立啤酒中酵母浓度预测模型和玉米中油浓度预测模型,对比其它变量选择方法。研究表明,在相同条件下,基于AWVCPA变量选择方法建立的预测模型都取得了最优的预测精度,对啤酒中酵母浓度的预测,相比全光谱PLS模型,RMSEP由0.5348下降到0.1457,预测精度提高了72.7%;对玉米含油量的预测,相比全光谱PLS模型,预测均方根误差(RMSEP)由0.0702下降到了0.0248,预测精度提高了64.7%。