相对误差最小二乘法的TDLAS气体浓度标定曲线拟合

可调谐半导体激光光谱技术（TDLAS）是光谱检测技术的一个分支,具有高灵敏度、高分辨率、实时监测、便携性好、小型化等优点,在工业环保、医疗检测、气象监测等领域得到了广泛应用。TDLAS气体传感器的测量精度与标定曲线密切相关,标定时,常用最小二乘法对标定曲线进行多项式拟合,但最小二乘法是以绝对误差的最小平方和作为评价标准,无法对相对误差进行约束,在低浓度量程下TDLAS气体传感器的标定曲线相对误差偏大,限制了标定量程。推导了光强透射率对数与气体浓度关系式作为目标函数,提出了基于相对误差意义下的最小二乘法,迭代方法采用高斯-牛顿迭代法（Gauss-Newton iteration method）,实验以雅士林DHS-100恒温恒湿箱来产生大量程范围的水汽标定浓度,Vaisala HMT337在线湿度检测仪的测量值作为标定浓度,自主研发的TDLAS湿度传感器选择波数为7 306.752 1 cm-1的水汽吸收峰,气室的光路长为50 mm,对1%~50%VOL的水汽浓度进行了拟合标定,对比了最小二乘法与相对误差最小二乘法的标定拟合结果。实验结果表明：采用最小二乘法拟合时,在低浓度量程下会出现较大的相对误差,高浓度量程下相对误差逐渐减小,无法保证整个大量程下测量精度要求;采用相对误差最小二乘法拟合时,在整个大量程范围下的相对误差波动比较小,相对误差分布曲线比较平稳,最大相对误差和相对误差标准差都远小于最小二乘法的拟合结果;以Ratio-C关系式作为目标函数,采用相对误差最小二乘法进行拟合标定时,最大相对误差为0.049 4,相对误差标准差为0.023 7,远优于最小二乘法的拟合结果,符合TDLAS传感器测量精度要求,验证了相对误差最小二乘法的标定算法可靠性,提高了TDLAS气体传感器的测量精度。     

DAC垫片孔侧壁绝缘程度对电导率测量结果的影响

通过有限元方法,计算了DAC内垫片孔侧壁与样品发生不同程度短路的情况下,范德堡法测量样品电阻率的相对误差. 发现垫片孔侧壁与样品短路面积小于20％时,相对误差可以控制在10％以内. 而当短路面积超过25％时,相对误差迅速增大. 研究中还发现,电极越靠近样品边缘,相对误差越小.     

探测光波长漂移对能见度测量的影响

为了研究探测光波长的漂移对能见度测量的影响。从Koschmieder经验公式的定义出发,根据实验测得400 nm~1 100 nm波段的气溶胶透过率,分析研究探测光波长漂移对能见度测量结果的影响。结果表明,能见度测量的相对误差与探测光波长和波长的漂移范围以及气溶胶消光特性有关,能见度测量的相对误差随着探测光的波长漂移范围线性增大,随着波长漂移范围的增大,各个波长的能见度测量相对误差线性增大的速率不同,对于相同的波长漂移范围,使用不同的探测光波长产生的能见度测量相对误差不同。对于某一大气环境,使用特定的波长而且中心波长稳定的光作为探测光可以明显减小由于探测光波长漂移引起的能见度测量相对误差。     

光电效应测普朗克常数的数据处理及误差分析

在光电效应测量普朗克常数的实验中,采用零电流法测遏止电压,实验操作的可重复性好.不论是采用逐差法还是线性回归法,计算得出普朗克常数的相对误差都在2.5%之下,甚至相对误差小到0.03%,而且通过对该实验数据处理及分析,发现同一次实验数据,用不同的数据处理方法,相对误差竟相差几十倍.     

任意振幅摆动周期误差分布的数值计算

推导出了任意振幅下的摆动周期相对误差的解析表达式,利用从头算起的数值方法,计算了振幅介于0°到90°之间的任意振幅摆动周期的相对误差.     

高斯光束通过像散透镜后光束参数的变化

以二阶矩和环围功率作为束宽定义,对高斯光束通过像散透镜后光束参数,包括束宽和远场发散角作了解析和数值研究。结果表明：因像散引入束宽和远场发散角的相对误差与像散因子、瑞利尺寸、透镜焦距有关。对于束宽而言,相对误差还与传输距离z有关。在几何焦面处x和y方向束宽的相对误差相等。     

原子吸收光谱标准加入法测量误差与试液吸光度关系

本文应用原子吸收光谱标准加入法对人发试样中微量元素锌（Ⅱ）、铜（Ⅱ）进行测定,计算出各实验点的相对误差,给制出相对误差和试液浓度图像,得出测量误差最小的规律。     

乙酸铵浸提原子吸收光谱法同时测定土壤交换性盐基离子组成

采用乙酸铵浸提,研究了利用原子吸收光谱法(AAS)同时测定土壤交换性Ca,Mg,K,Na的方法。结果表明,AAS法测定交换性盐基离子组成的准确度符合参比标准的要求;66个供试土样交换性Ca和Mg平行样品相对误差分别为0.02%～3.14%和0.06%～4.06%,平均相对误差分别为1.22%和1.25%。AAS法和火焰光度法(FP)测定交换性K和Na相对误差值分别为0.06%～8.93%和0.06%～1.54%,平均相对误差分别为3.72%和0.56%。实例研究结果表明AAS同时测定土壤交换性盐基离子组成方法可靠,可真实反映农田土壤交换性能的状况。     

利用线化和校正法求非线性单摆运动的周期

应用线化和校正方法,研究了单摆的非线性振动,作出了周期比和相对误差随摆角的变化曲线.将所得近似解与精确解比较可知,该方法具有简单实用,精度高,相对误差低等优点,对于求解非线性振动问题具有一定的实用价值.     

PLS在基于动态光谱的人体血液中性粒细胞无创测量中的应用

利用动态光谱指端透射法进行了人体血液中性粒细胞百分比无创测量的研究。对21名健康志愿者进行了在体测量,选用偏最小二乘法(PLS)对获取的动态光谱数据和中性粒细胞百分比实测值进行建模分析,建立的定标集的相关系数为0.922,最大相对误差为5.85%,平均相对误差为4.13%;对定标模型的预测能力进行了验证,其中预测集的相关系数为0.912,预测集的相对误差最大为6.74%,平均相对误差为5.07。结果表明：动态光谱法可以有效地克服测量位置及人体成分等对光谱测量的影响,较准确地进行人体血液中性粒细胞百分比的测量,是一种比较好的血液成分无创测量方法,具有较高的临床应用价值。     

激光聚焦光学系统设计中球差对光束参数的影响

使用二阶矩和熵束宽定义,对平顶光束通过球差透镜后的光束参数,包括束宽、远场发散角和光束质量因子的变化做了详细研究。结果表明：球差使像方光束参数与理想情况不同;束宽和远场发散角的相对误差随球差系数绝对值的增加和光束阶数的减小而增加;球差使平顶光束通过透镜后的光束质量因子增大;实际焦面上束腰宽度的相对误差与球差系数的正负有关,而几何焦面上束宽的相对误差与球差系数的正负无关。     

相邻类氢离子电离能关系的研究

根据类氢离子电离能的实验值和相邻元素电离能的相关约束方程,定量地建立了各元素类氢离子电离能与核电荷数的较为精确的递推关系.其推算结果与实验值的相对误差小于0.001%,与相对论自洽场方法计算的结果相比,其相对误差也小于0.001%.     

激光推进冲量耦合系数测量方法比较

针对测量冲量耦合系数的水平导轨法和冲击摆法,分别进行了误差计算和实验研究。计算结果表明:水平导轨测量法的相对误差（4.6%）略小于冲击摆测量法的相对误差（6.1%）,其中位移参数和最大摆角的测量精度对于相对误差的影响最大。实验结果表明:两种方法的测量结果基本一致,冲量耦合系数均随着入射脉冲能量的增大而增大,且两组数据相差在6%以内,在入射脉冲能量为3~14 J时,冲量耦合系数最高可达260 N·MW-1。     

TDLAS测量CO2的温度影响修正方法研究

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量CO₂浓度时,由于测量氛围温度变化的影响引起气体吸收谱线的线强和线型发生变化,最终导致浓度测量存在较大误差。为了克服温度变化对浓度测量的影响,选用中心波长在1 580 nm的DFB激光器,基于直接吸收法,模拟电厂尾部烟道内的高浓度二氧化碳气体环境,研究了在常温(298 K)和变温(298~338 K、间隔10 K)不同温度工况下CO₂浓度的测量。结果显示,常温浓度测量的最大相对误差为-5.26%,最小相对误差为1.25%,相对误差均方值为3.39%,验证了TDLAS测量系统在常温下有着良好的测量精度和稳定性,但其在变温测量时浓度测量结果误差较大,其最大相对误差已经超过25%。为了修正温度变化对浓度测量结果的影响,适应工业测量的需要,在变温测量基础上利用最小二乘法拟合出测量系统在不同温度下的浓度与气体吸收的修正关系式。经过修正后,CO₂浓度测量的相对误差降到5%以下,相对误差均方值降到3.5%以下。修正结果表明,所提出的修正方法可以有效抑制温度变化对浓度测量结果的影响,显著提高了测量系统在变温环境下的测量精度和稳定性,为TDLAS系统测量CO₂浓度的现场应用提供了理论支持和技术保障。     

摆动法选配物镜的原理及应用

在光学仪器的装校过程中,常常碰到选配物镜的问题,特别是在光学测距仪中,对物镜的选配要求很严,其焦距相对误差往往只允许万分之几。由于物镜焦距相对误差(即倍率差)的存在,在视场中不同位置进行测距时将导致线视差(或角视差)产生变化,从而得到不同的     

有限电导率模块在THz折叠波导行波管模拟中的验证和确认

采用与同类商业软件比对的方法,在THz折叠波导行波管算例中对自编NEPTUNE3D程序的有限电导率模块进行有效验证和确认,包括冷腔损耗与计及损耗的热腔增益。比对结果表明:冷腔损耗计算相对误差在3%~4%左右,计及损耗的热腔最佳增益相对误差及最佳工作电压漂移相对误差均在2%左右。通过不同软件、冷腔损耗与热腔增益的比对,验证了有限电导率模块正确性和可靠性。此外,还对加工因素导致结构参数变化对冷腔损耗特性影响,做了规律性讨论。     

激光推进冲量耦合系数测量方法比较

 针对测量冲量耦合系数的水平导轨法和冲击摆法,分别进行了误差计算和实验研究。计算结果表明:水平导轨测量法的相对误差（4.6%）略小于冲击摆测量法的相对误差（6.1%）,其中位移参数和最大摆角的测量精度对于相对误差的影响最大。实验结果表明:两种方法的测量结果基本一致,冲量耦合系数均随着入射脉冲能量的增大而增大,且两组数据相差在6%以内,在入射脉冲能量为3~14 J时,冲量耦合系数最高可达260 N·MW^-1。     

吸湿性均匀混合气溶胶粒子等效吸收系数计算分析

以两种典型的吸湿性气溶胶组分(氯化钠和硫酸铵)为例,采用米氏散射程序,计算了粒子的吸收效率因子等光学参量,并分析了吸湿性气溶胶粒子加热的等效吸收系数随时间的变化规律,着重分析了忽略粒子自身吸收对等效吸收系数的影响,常规计算值与等效吸收系数在1μs时相对误差可达到234.7%和255.2%。同时,就不同相对湿度、不同波长对等效吸收系数含时变化规律的影响进行了对比分析,并讨论了采用均匀混合模型计算结果的相对误差,在1μs时实际值与计算值相对误差最大,分别小于3.62%和7.07%。     

有限电导率模块在THz折叠波导行波管模拟中的验证和确认

采用与同类商业软件比对的方法,在THz折叠波导行波管算例中对自编NEPTUNE3D程序的有限电导率模块进行有效验证和确认,包括冷腔损耗与计及损耗的热腔增益。比对结果表明：冷腔损耗计算相对误差在3%～4%左右,计及损耗的热腔最佳增益相对误差及最佳工作电压漂移相对误差均在2%左右。通过不同软件、冷腔损耗与热腔增益的比对,验证了有限电导率模块正确性和可靠性。此外,还对加工因素导致结构参数变化对冷腔损耗特性影响,做了规律性讨论。     

欧姆表测量误差的分析

本从欧姆表原理出发，导出了电阻测量的相对误差公式。