基于小波变换技术的荧光光纤温度传感器研究

提出了一种荧光光纤温度测量系统.采用双光路双通道测量方式以及化学镀膜和热处理工艺相结合的微小荧光探头制作技术,在研究微弱信号的检测和处理技术的基础上,选用小波变换技术对荧光信号进行消噪处理.系统的温度实验、标定实验和重复性实验.结果表明该系统具有较高的准确度和温度分辨能力.     

一种应用PLD-PMTR技术的荧光光纤温度计

通过对光纤荧光温度传感器中影响系统准确度的荧光寿命检测技术的研究,利用双参考信号、脉冲调制激励光源的锁相检测技术对荧光光纤温度传感器的荧光寿命进行检测,推导出测量荧光寿命的数学模型.给出了应用该技术的温度测量方案及实验结果,该方法具有高的信噪比且对激励光泄露有很强的抑制作用.系统的输出信号可以准确地进行长距离传输且很容易与计算机接口.实验表明,该方法是有效和实用的,达到了系统要求.     

基于小波变换的蓝宝石荧光光纤温度计

采用激光加热小基座法生长出掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头，它具有结构紧凑，耐高温等特点，测温范围从室温到450℃。使用基于小波变换的数据处理方法，有效去除信号中的噪声，提高了信噪比。在对荧光测温机理和有关光纤技术进行分析的基础上，采用与调制荧光信号相关的双参考源相位锁定测量方案，可在无激励光干扰的情况下对荧光寿命进行实时测量。根据噪音和信号在小波变换下表现出的不同性质，提出以小波变换为基础的温度信号特征提取及消噪方法。与其它处理方法相比，小波变换方法可以克服傅里叶变换对突变信号不起作用的缺点，同时又比Gabor变换具有可变窗口的优点。该方法可以缩短测量时间，提高测量分辨率。     

NO激光诱导荧光对高焓气流温度的测量

由于真实气体效应,高超声速流场的研究仍然依赖于大量的实验.流场温度是实验的重要参数,目前只能通过具有非入侵性质的光学测量手段获得,然而,由于多方面的难题,鲜有对高焓流场参数测量的报道.文章介绍了利用激光诱导荧光（laser-induced fluorescence,LIF）技术对JF-10氢氧爆轰激波风洞产生的高焓实验气流温度的测量工作.搭建了用于脉冲式风洞的LIF测量系统,使用了NO分子作为荧光组分.因为高焓流场实验条件苛刻,本实验对传统的激光设置进行了调整,使用了平行于拍摄方向的竖直平面激光激发NO,使荧光信号更为集中,获得了清晰的LIF图像.利用双线测温法（two-line thermometry,TLT）测量高焓自由流中NO分子的转动温度,从而确定气流的平转温度.测量结果表明,JF-10实验气流的平转温度为600 K.      

鼻咽癌光谱诊断系统中的荧光光谱信号处理

利用激光诱导荧光技术开发了用于早期鼻咽癌诊断的自体荧光光谱系统系统由风冷氩离子激光器、自行研制的单色仪和高灵敏度、智能化的信号采集和处理系统组成文中重点讨论了系统中自体荧光光谱信号的处理技术,其中包括荧光光谱信号的分光和检测技术,以及用LabVIEW开发的信号处理和控制平台荧光光谱信号的处理结果表明:系统不仅实现了荧光光谱信号的同步显示,而且极大地提高了信号的信噪比,这为系统的临床应用奠定了的基础.     

电气设备中远距离荧光测温技术研究

为了实现对高压电气设备的非接触温度监控,设计了中远距离(0~1.5m)非接触荧光光纤测温系统.该系统利用稀土荧光材料的荧光温度特性,通过测量物体表面荧光物质的受激荧光寿命获得物体的温度信息;通过增加聚光透镜和聚光锥罩,提高探测器接收到的光能量.实验获得荧光强度曲线及被测对象温度,实现了对温度的非接触实时测量,测量误差低于1℃,满足高压电气设备的非接触温度监控要求.     

机油类产品激光诱导荧光时间特性的研究

介绍了一种由三倍频Nd∶YAG激光器、单色仪、光电倍增管以及信号采集处理系统构成的激光荧光谱寿命测量系统及其测量原理和方法,讨论了如何去除激发光脉冲宽度和探测系统响应速度对测量结果的影响,并实际测量了一种应用广泛的燕山机油的荧光谱寿命.本系统具有简便、快捷、准确以及成本低等优点,适合用于未来实用化机载水面监测激光荧光雷达遥感系统中 关键词： 激光诱导荧光 荧光寿命 Nd∶YAG激光器 光电倍增管     

从室温到1800℃全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器

表述了从室温到１８００℃测温范围的全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器。该光纤传感器综合了光纤辐射测温技术和光纤荧光测温技术的特点,利用特殊生长的端部Ｃｒ＾３＋离子掺杂的蓝宝石单 光纤,使两者有机地结合实现用单一光纤传感头达到大范围的温度测量,介绍了端部掺杂的蓝宝石单晶光纤的生长方法,分析了它的荧光温度特性、光纤传感头上荧光信号与热辐射信号的相互干扰以及光纤温度传感器的系统结构和工作原理,给出了实验     

同时测量荧光光纤温度和应变的实验研究

利用掺杂铒元素荧光光纤的试验样品实验测试了荧光寿命的温度特性，并得到荧光寿命在不同温度下的应变响应关系.试验表明，荧光寿命会随着温度的升高而降低；与温度相比荧光寿命随应变的变化很小.提出了一个潜在的同时测量应变和温度的传感器模型.     

基于荧光谱分辨的煤油燃烧场OH分布测量

燃烧流场浓度、温度空间分布的精细测量对发动机燃烧室设计、计算流体动力学模型建立以及数值仿真软件的验证具有重要意义,其中平面激光诱导荧光(PLIF)技术具有对象选择性、高测量灵敏度、测量信息量丰富、实验开展简单等优势,尤其是OH-PLIF浓度及温度测量技术以其理论成熟性及技术方便性得到更为广泛的应用。但该技术在煤油燃烧场的应用受到较大限制,原因在于煤油燃烧场残余煤油对OH荧光信号造成较大干扰。针对OH荧光分布测量时煤油干扰问题,开展了OH及煤油吸收谱及荧光发射谱理论及实验对比分析。其中煤油蒸汽吸收谱由氘卤灯通过煤油蒸汽前后的光强强度比获得,相比于OH在260～320 nm波段的孤立吸收线,煤油吸收为宽带吸收,煤油吸收线完全覆盖OH激励线,在煤油燃烧场在此波段对OH激励测量时,激励煤油产生荧光不可避免。另一方面,通过调节激励波长,测量获得OH/煤油混合荧光与煤油荧光发射谱。煤油蒸汽荧光发射谱为中心分别位于290及340 nm的宽带信号,OH荧光主要集中于波长300～320 nm,煤油荧光发射谱范围覆盖OH荧光,结合吸收谱测量结果,说明在煤油燃烧场燃烧不充分时,在280 nm波段激励测量OH...     

A study on the biological detection chip through the use of PDMS lens for the reinforcement of fluorescence receiving signal

In this study, MEMS process technology is adopted to produce microfluidic chip and PDMS lens. SU-8 thick film photo resist is coated onto silicon wafer surface in two times of spin coating, then through lithography and mold transfer technology, PDMS chip of minimal line width 100 μm and thickness 200 μm is printed. In fluorescence detection aspect, we use objective lens to couple laser optical source to optical fiber, and then have it incident to excite fluorescence sample, the excited fluorescence then passes through filter and detected by optical detector of experiment group and spectrophotometer of reference group. From the experiment result, the Hex fluorescence detection limit of the system is verified to be 1 pmol/5 μl. In addition, we have integrated PDMS lens into microfluidic chip to make generalized detection experiment, it was found that the signal measured by optical embedded type is higher than that of non-embedded type. Meanwhile, the microfluidic chip with double concave lens (135°) and10 mm PDMS focusing lens can be utilized to obtain optimal fluorescence receiving effect. The fluorescence intensity is raised by 2–3 times, and the measurement limit is lowered to 100 fmol/5 μl.     

激光诱导植物荧光寿命校正技术及其特性分析

激光诱导植物荧光寿命测量法是在植物荧光光谱分析法基础上开发的一种评估植物生长状况及环境监测的新技术。根据植物叶绿素荧光信号的物理特性,利用信息仿真技术开发了一种叶绿素荧光寿命校正方法,可提高植物叶绿素荧光寿命的测量精度。利用激光诱导叶绿素荧光寿命测量系统分别测得叶绿素荧光及其背景信号,先用解卷积法叶绿素荧光信号中分离出荧光衰减函数,可获取荧光寿命估计值。再结合叶绿素荧光寿命校正技术就能反演得到高精度的植物荧光寿命。仿真与实验结果表明：该方法可实现高精度的植物荧光寿命实时监测;并对不同含量的叶绿素提取液进行了测试,构建了植物荧光寿命与叶绿素含量的对应关系模型。未来该技术可用于遥感监测海洋、湖泊、河流中藻类植物的生物含量。     

一种测量高温中间包的蓝宝石光纤温度计

介绍了一种测量高温的蓝宝石光纤温度计.蓝宝石单晶光纤由于其极好的高温物理化学性能,适用于高温下光纤测温应用,可用作辐射型光纤温度传感器.蓝宝石光纤温度计采用激光加热小基座法生长出端部掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头.用激光加热小基座,把对荧光有温度反应的材料如红宝石晶体光纤生长在蓝宝石光纤上,制成具有结构紧凑,耐高温,功能稳定的传感探头.通过荧光寿命的检测,可以测量所对应的温度.根据表面温度,可以依据温度场得到内部温度,用于测量连铸炉中的中间包钢水温度,并给出了温度计的实验系统以及原始实验数据.实验数据表明,此结果精度高,可实现非接触测量.     

Measurement of decay time based on FFT

Decay time is an important parameter in fluorescence temperature and pH value measurement. Many approaches are developed based on different principles. The decay acquisition and estimation method is one of them. A novel estimation method is given in this paper, based on the fast Fourier transform (FFT). The decay time can be calculated from the frequent items of the FFT. The advantages of this method include high accuracy, quick processing, independence on base offset etc. A set of experiment results is obtained based on this method.     

一种非接触式稀土荧光自参比温度传感器

发展了一种非接触式稀土荧光自参比温度传感器,即将有机稀土配合物K[Yb(Az)₄]包埋在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中,并附着在洁净的石英片上制备得到了温度传感薄膜Yb@PSMM。通过研究不同温度下Yb3+的荧光发射光谱,利用其在近红外波段荧光性质随温度变化的规律,开发了一种比率型稀土荧光温度传感方法,其原理是通过不同温度下Yb3+的荧光发射光谱的形状随温度的变化,结合在不同温度下Yb3+的核外电子在外层Stark劈裂亚能级上的分布符合Boltzmann分布律的特点,利用其近红外荧光发射光谱中900 nm~990 nm波长范围内与990~1 150 nm波长范围内的积分峰面积比的自然对数与温度的倒数呈现的线性关系作为温度测量的标准曲线,实现了-195~105 ℃范围内的温度精确测量。经考察,该发光温度传感器在0 ℃附近的温度测量分辨率达到了0.1 ℃。与已报道的发光温度传感器相比,提出的新型温度传感器具有如下几个优势：其一,所选用的发光材料的Stokes位移大于500 nm,有效地避免了环境背景干扰;其二,由于采用荧光积分峰面积而非荧光强度作为考察对象,大大减小了测量中由于仪器或测量次数较少引入的随机误差;其三,采用同一发光材料的荧光发射光谱中两个荧光峰面积的比值,相当于在体系中引入了自参比,有效避免了由于荧光材料的浓度、几何构型以及光源强度等外界因素变化对测量结果产生的影响;其四,利用稀土发光材料作为温度传感材料,可以利用其荧光寿命长、单色性好、强度高的特点;其五,温度传感膜本身不溶于水,也不在水中扩散,便于直接测量原位温度变化;其六,Yb3+的发光位于900~1 150 nm的近红外波长范围,而这个波段的荧光具有较好的穿透性使得该温度传感器有望在复杂体系的温度传感、成像等领域发挥重要作用。在实际测量的装置中,通过调整光路使得辐照在样品上的入射光斑大小仅约为1 mm2,并将Yb@PSMM固体膜样品的放置方向与入射激发光的夹角设置为225°,从而规避了入射光源的反射光对检测器的影响,而具有较好穿透能力的近红外荧光几乎不受影响,从而进一步确保了该温度传感器的测量结果。     

平面激光诱导荧光实验中激励激光的光束整形

分析了激励激光光强分布对平面激光诱导荧光（PLIF）实验中荧光强度的影响。基于柱面微透镜列阵设计了一套激光片状光束匀滑整形系统,并根据PLIF实验的具体要求,通过光线追迹方法优化了系统参数。建立了片状光束整形实验系统,对染料激光进行了匀滑整形,获得了不均匀性〈4%的均匀片状光束,满足了PLIF实验所需。在此基础上建立了PLIF实验系统,获得了酒精灯火焰和CH4/air预混火焰中OH的二维荧光分布。     

玄参汤剂的荧光光谱分析

测量了相应的激发光谱以及溶液的pH值,发现同种玄参汤剂中的荧光峰值波长随着激发波长的增加而增加;冷浸玄参汤剂的荧光峰为441 nm,而沸煮玄参汤剂的为532 nm;相应激发光谱由双峰结构向单峰结构转变,并且激发峰值也有明显的红移;同时其pH值由5.5变化到4.1。结合有机物混合体系中的荧光产生机理,解释了上述现象的产生原因：玄参汤剂中的不同荧光分子之间的相互作用以及相同荧光分子内部的能量转移;加热所导致的荧光大分子含量的增加和荧光分子间氢键二聚体的形成。文章对中药玄参的药理学研究具有一定的参考价值,为玄参汤剂质量鉴定提供了一种有效的测量方法。     

基于小波变换的人血清血卟啉荧光光谱分析法

卟啉是生命活动的重要物质,原卟啉可做为肿瘤血液标志物.人血清中血卟啉含量很低,且受多种因素影响.基于小波变换的人血清血卟啉荧光光谱分析法可实现对其弱信号的分辨.用多功能光谱测量系统获取人血清血卟啉荧光光谱,对获取的荧光光谱通过数次小波变换进行分解,将噪声与光谱信号分离,滤波后的荧光光谱进行6次分解后得到了离散逼近信号(a1～a6)和离散细节信号(d1～d6).信号频率随着分解次数的增加逐步降低.当分解到第6次时,出现了血卟啉荧光特征峰,成功地观测到血卟啉的荧光发射峰,实现了弱信号分辨,得到了血清中所含血卟啉的准确成份和定量信息,从而进行定性和定量分析,为血清荧光光谱用于肿瘤的早期诊断提供了一种方法.     

X射线荧光光谱法测定样品中镁的不确定度

对X射线荧光光谱熔融法测定土壤样品中的镁含量的不确定度进行了评定.通过对试验过程的分析,测量结果的不确定度的来源有以下几个方面,仪器的综和稳定性,制样,标准物质,校准曲线回归分析,重复测量.在得到各不确定度分量后,通过合成得到测量结果的标准不确定度,再乘以扩展因子2（95％置信概率）,得到测量结果的扩展不确定度.