利用红外光谱仪快速测量塑料薄膜厚度

通过对塑料薄膜红外光谱的研究,得到了快速定量无损伤测量塑料薄膜厚度的方法:记录不同厚度的同种塑料薄膜傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,应用朗伯-比尔定律,结合红外光谱分析法作出塑料薄膜的厚度与特征峰吸光度的工作曲线,从而快速、准确、无损伤地测量薄膜的厚度.同时建立了特征峰吸光度与厚度线性关系的数学模型,并对此种模型进行了验证.     

反射干涉光谱法测量固体薄膜的光学常数和厚度

本文报道一种简单的方法,从平原介质薄膜的反射干涉光谱来计算薄膜的光学常数和厚度。当一束光照射在基板上的介质膜上时,由于膜上下界面反射光的相干,会使反射光谱的曲线有一定的波动。我们对反射相干光谱进行理论分析,给出计算公式,从测量曲线中的实验值得出薄膜的光学常数ｎ、ｋ以及厚度等参数。此种方法简单可行,而且易于编程处理。     

光谱干涉及其在非透明样品厚度测量中的应用

针对金属带材等非透明样品厚度的高精度原位测量问题,本文基于光谱干涉绝对距离测量的基本原理,提出了一种结构紧凑、全光纤的非透明样品厚度非接触式差分测量方法.首先介绍了光谱干涉的基本原理及绝对距离测量的具体实现,然后设计、搭建了一套全光纤差分光谱干涉测量非透明样品厚度的原理验证光路,并开展了原理验证实验,实现了标准量块厚度的高精度测量,最后对该方法的测量误差进行了分析,分析结果表明,采用该方法可以达到亚微米级的厚度测量精度.     

高灵敏度离轴积分腔输出光谱技术

利用离轴积分腔输出光谱技术,采用同时扫描激光和谐振腔腔长的方法,使用分布反馈布拉格二极管激光器探测了1.573μm附近CO2的吸收光谱,得到很好的信噪比和灵敏度,探测灵敏度达到4×10-8cm-1(信噪比为2,1 s积分时间)。用非线性最小二乘拟合吸收谱线方法对积分腔输出光谱已经不再适用,会造成自加宽系数变宽为实际自加宽系数的2.39倍左右,对空气加宽系数测量影响较小。为了得到正确的谱线线宽参量,应该对吸收系数进行拟合,该结论从理论和实验上得到了证明。     

基于离轴积分腔输出光谱的燃烧场CO浓度测量研究

CO是碳氢燃料不完全燃烧的重要产物,常常被作为反应燃烧效率的标志物,燃烧场CO组分浓度的精确测量对提高燃烧效率、减少污染物排放具有重要意义。离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)是一种利用物质对激光的特异性吸收,实现对该物质分析和测量的技术,具有非接触、稳定和高灵敏度等优点。针对燃烧场CO浓度低,背景信号干扰强等特点,采用分布反馈式(DFB)激光器搭建基于离轴积分腔输出光谱的CO浓度测量系统,通过直接吸收光谱的测量方法实现对高温燃烧场CO浓度测量。利用仿真模拟的方法,在所用激光器中心波长的附近选出了常温下谱线强度较为突出,高温下不受其他燃烧产物干扰的第一泛频带R(10)吸收谱线。通过固定光程池对比吸光度的方法标定了OA-ICOS系统的有效光程;通过比较不同扫描频率下吸收谱线的信噪比和线型拟合残差标准差,得到最佳波长扫描频率;通过测量不同浓度CO混合气体的吸收信号分析了系统误差。探究了不同燃烧情况下CH₄/Air预混平焰炉上CO的产生情况,根据燃烧场测量区域温度分布情况描述了温度分布不确定度对CO测量结果的影响。当量比为1.0时,在10 ms的测量时间分辨率下,噪声等...     

利用光学方法测量薄膜厚度的研究

介绍了测量固体薄膜厚度的光学方法。分析了这些方法的光学原理,对所使用的光源、测量范围、测量精度、实现的难度以及方法所适用的场合等多种因素进行了比较分析,结果表明:对于厚度在10～100μm范围的固体薄膜而言,激光干涉法是一种简单、易于实现且测量精度较高的方法。     

基于成像法的玻璃厚度测量

光学成像是生活中常见的物理现象,同时也是中学物理教学中的重要内容。本文对基于成像法的玻璃厚度测量进行了研究。基于光线理论给出了经玻璃上下表面反射光的成像光斑间距与玻璃厚度之间的数学关系,设计了一套简易的实验系统,提出了一种基于“斜率逼近法”的比例系数“k”的计算方法。该玻璃测厚教学实验装置具有原理简单和成本低等优势,涉及光学成像,以及简单的图像和数据处理等内容,适合高中的教学及实验,能够激发学生对物理的兴趣,同时培养学生的逻辑分析能力和实践动手能力。     

简易实验测量太阳常数

使用普通物理实验室器材测量了太阳常数.利用牛顿冷却定律以及比尔-朗伯定律进行分析处理,实验结果与通用数据误差在5%以内.本实验经过改进,还可以配合相关天体物理实验,研究太阳辐射及其剧烈活动.     

溅射制备薄膜过程中的光谱在线测量研究

在制备薄膜的过程中,利用光谱分析的方法,以放电光谱特征谱线强度的变化来反映相应物质成分的变化,以连续光谱光源发出的光透射过薄膜的透射率的变化,来反映薄膜的厚度、折射率、吸收系数等光学参数的变化,从而达到在制膜过程中,对薄膜的成分、厚度等参数进行在线监控的目的. 关键词：     

样品厚度对薄膜法X射线荧光光谱测量的影响研究

分别以富集有Cr,Pb和Cd三种元素的尼龙薄膜样品及玻璃纤维滤膜为研究对象,采用滤膜叠加的方式,通过XRF光谱仪测量不同样品厚度下薄膜样品的XRF光谱,根据测得的尼龙薄膜样品中Cr,Pb,Cd元素及玻璃纤维滤膜中Ca,As和Sr元素特征XRF性质的变化,研究样品厚度对薄膜法XRF光谱测量的影响。结果表明：薄膜样品厚度对不同能量区间上元素特征谱线荧光性质的影响并不相同。元素特征谱线能量越大,元素特征X射线荧光穿透滤膜到达探测器的过程中损失越少;但由薄膜样品厚度增加引起的基体效应却越强,相应特征谱线位置处的背景荧光强度就越大,因此样品厚度增加所引起的基体效应对薄膜法XRF光谱测量的灵敏度影响就越大。对于特征谱线能量较低(能量小于7 keV)的元素,以增加薄膜样品厚度的方式来增加待测组分的质量厚度浓度,并不能有效地提高薄膜法XRF光谱测量的灵敏度;对于特征谱线能量较高的元素(能量＞7 keV),可以通过适当增加样品厚度以增加被测组分的质量厚度浓度的方式来提高XRF光谱测量的灵敏度,薄膜样品厚度在0.96～2.24 mm内,更有利于XRF光谱的测量与分析。该研究为大气及水体重金属薄膜法XRF光谱分析中薄样制备及富集技术提供了重要的理论依据。     

反射光谱包络线法测量光电薄膜的光学常数和厚度

提出了一种利用薄膜反射光谱包络线法计算光电薄膜光学常数和厚度的方法。当一束光照射在基板上的介质膜上时,由于薄膜上、下界面反射光的相干,会使反射光谱的曲线有一定的波动。本文对反射光谱进行了理论分析,给出计算公式,从测量曲线中的实验值得出薄膜的厚度和光学常数。此种方法计算过程简单、迅速,而且易于编程处理。     

一种新的时间分辨光谱测量方法

提出用汇编语言编制程序控制单片机(AT89C51)及外围电路组成的驱动电路驱动步进电机带动单色仪旋转,得到各个期望波长的光,然后使光信号经过光电倍增管(Hamamatsu 1P28)进行光电转换后得到电信号,把电信号传进数字示波器,通过数字示波器上带有的RS232串口把光谱数据传回计算机处理得到各个波长光的衰减曲线、然后用计算机编程绘图进行处理得到时间分辨光谱的方法。这种测量时间分辨光谱方法的特点是测量各个波长光谱时,在时间上是并行测量而在波长上是串行测量的。通过测量样品Tb(o-BBA)3phen中稀土元素Tb发光的时间分辨光谱验证了这种方法的可行性。介绍了所用测试系统的各部分硬件组成和测试技术,获得了样品Tb(o-BBA)3phen的荧光强度-波长-时间的三维立体图以及对时间积分的积分谱。     

基于光谱吸收率积分的气体浓度测量方法

气体的光谱吸收率是Lambert-Beer定律对气体进行定性定量分析的重要依据,光谱吸收率积分值是描述气体吸收特性的一个重要参量。根据所测气体的吸收光谱图,通过从HITRAN数据库中查询得到所需数据,选择其中一条吸收光谱,计算出光谱吸收率在频域上的积分值,然后把积分值代入Lambert-Beer定律便可以求出所测气体的浓度值。计算光谱吸收率的积分值,能够避开复杂的线型函数的计算,不需要通过标准气体进行校准,从而更加简捷、快速地求出气体浓度值。鉴于温度变化会引起相应的压强的变化,同时在压强不随温度变化以及压强随温度共同变化这两种情况下,对光谱吸收率积分值随温度的变化规律进行了研究。总结出在这两种情况下,光谱吸收率在频域上的积分值总是随着温度的增加而增加,当增加到一定温度时,光谱吸收率在频域上的积分值随着温度的增加而减小,最后趋于稳定,但是两种情况下光谱吸收率积分值变化趋势的范围有所不同。最后通过实验验证计算光谱吸收率在频域内的积分值时需要同时考虑温度的变化以及温度导致的相应的压强的变化,此时吸收率积分值相对误差约为1%;只考虑温度的变化而不考虑压强随温度的变化,吸收率积分值的相对误差值大于1%而且逐渐变大。研究温度对光谱吸收率积分值的影响,可以在使用光谱吸收率积分值计算气体浓度时,选择合适的温度范围即更稳定的吸收区,从而减少温度对测量结果带来的误差。     

基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法

在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维FFT的薄膜厚度测量新方法。利用搭建的泰曼-格林型干涉系统,用CCD接收、采集卡采集,可获得被测膜层的干涉条纹图像。编制算法处理软件,可实现对干涉条纹图中薄膜边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一等的处理,从而获得带有薄膜信息的面形分布,实现对薄膜样片厚度的自动化测量。研究结果表明：所测薄膜厚度的峰谷值为0．2562,均方根值为0．068λ,说明采用基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法测量薄膜厚度具有较高的精度。     

迈克尔逊干涉测薄膜厚度

在利用迈克尔逊干涉测量薄膜厚度的实验装置中加入了压力传感器。该设计光路可以在无需已知薄膜透射率、折射率等物理参数的情况下,测得薄膜厚度,而且基本消除了外界挤压对薄膜厚度造成的误差影响。     

MC模拟分析透射式微型X射线管目标靶厚度对输出谱的影响

透射式微型X射线管是能量色散X射线荧光分析中的主要激发源,在能量色散X射线荧光分析中希望得到谱分布较为单一的X射线管输出谱。采用MC方法,研究了透射式微型X射线管在不同目标靶厚度的情况下输出谱的特征,通过低谱段(<5 keV)和高能谱段(5~50 keV)的分析比较,高能谱段计数随厚度加大先增加而后减小,低能谱段计数则随厚度增加减小,增加目标靶厚度可以有效抑制低能谱段。在入射电子能量为50 keV和目标靶为4 Ag的条件下,X射线管输出能谱具有较高的高能谱段注量,同时有效压制低能谱段注量,适合能量色散X射线荧光分析中使用。     

动态光谱法用于人体血红蛋白浓度的无创测量

为了实现血液成分的无创检测,利用动态光谱指端透射法进行了人体血红蛋白浓度无创测量的研究。对34名健康志愿者进行了在体测量动态光谱和抽血分析血红蛋白含量,在验证了动态光谱的可靠性的基础上,选用BP神经网络对获取的动态光谱数据和血红蛋白浓度实测值进行建模分析,从34个样本中抽取19个作为校正集,另外15个作为预测集,得到校正集和预测集的相关系数分别为0.983 1和0.936 5,预测集的相对误差最大为7.5%,平均相对误差为3.04%,满足临床应用对血红蛋白测量精度的要求。结果表明： 动态光谱法可以有效的克服测量位置等测量条件对光谱测量的影响,较准确地进行人体血红蛋白浓度的测量,是一种比较好的血液成分无创测量方法。     

基于拉曼光谱的PE膜包装食用农产品品质检测误差的校正方法

透明保鲜膜包装以其方便、经济、卫生的特点被广泛应用于超市卖场及日常生活中,却也给食品农产品的检测增加了难度,所以急需一种能够隔透明薄膜无损检测农产品的方法。叶绿素是影响黄瓜品质的重要因素之一,该研究主要探讨了拉曼技术检测黄瓜品质时,食品保鲜膜层数对叶绿素特征峰的影响,并通过对菠菜、油菜和芹菜对得出的结论进行验证。采用点检测拉曼光谱系统,采集无保鲜膜包装以及多层包装下黄瓜的拉曼光谱。拉曼信号经Savitzky-Golay(SG) 5点平滑和自适应迭代惩罚最小二乘法扣除荧光背景,探究不同层数(1~6层)的PE保鲜膜对黄瓜叶绿素特征峰的影响。采集被保鲜膜覆盖的黄瓜的拉曼信号并处理,即可建立叶绿素的特征峰(1 158和1 528 cm-1)减少值与保鲜膜层数之间的变化规律,并对规律的预测效果进行评价。随着保鲜膜层数的增加,透明包装层数与黄瓜叶绿素特征峰强度之间呈现良好的线性相关关系。提取出单层透明包装对叶绿素在1 158和1 528 cm-1处特征峰强度的降低值分别为81.4和103.1,分别占未加保鲜膜时叶绿素特征峰强度值的7.98%和8.56%,多组验证结果的相关系数达到0.95以上,验证的相关系数达到0.94。随着样品浓度增高,线性递减效果越明显。作为验证,通过透明保鲜膜检测菠菜、油菜和芹菜叶片中的叶绿素表明,每加一层膜叶绿素在1 158和1 528 cm-1处的特征峰强度会比覆膜前分别降低7.9%～8.6%和8.1%～8.6%;导致检测信号强度呈线性降低是由于保鲜膜使激发光分散不聚焦导致,保鲜膜成分对检测结果无影响。该研究为拉曼光谱隔透明包装检测拉曼光谱特征峰强度,进而获得农产品品质信息提供了一种新的分析方法。