水体COD的光谱学在线测量方法-紫外和近红外光谱比较分析

水体COD的光谱学传感技术是现代环境监测的一个重要发展方向, 与传统的分析方法相比,光谱分析技术更具有可连续监测、可在线监测和检测快速的明显优势,适合对环境水样COD的定点实时监测。分别获取水样的紫外吸收光谱和近红外光谱,通过不同的光谱预处理方法结合偏最小二乘法、多元线性回归法建立水样的COD定量预测模型,对水体COD的紫外和近红外光谱的定量预测及相关模型参数进行分析,发现用S-G平滑处理后的紫外光谱和近红外光谱建立的PLS模型均得到最佳预测效果,预测集R2分别为0.992 1和0.987 7,RMSEP分别为10.438 6和5.972 0。紫外和近红外光谱法的MLR模型预测效果较差,预测集R2分别为0.928 0和0.957 3。通过实验结果综合对比分析,紫外吸收光谱在280～310 nm谱区建模预测性能较好,近红外光谱在7 250～6 870 cm-1谱区建模预测性能较好,紫外光谱对应定量预测模型的决定系数较高,而近红外光谱的稳定性和重复性更好。研究表明光谱传感技术可用于环境实际水体COD的定量预测分析,为开发便携式水体检测设备奠定了理论基础。     

扬州雨水质量分析及其利用

本文针对地处南水北调东线源头的扬州地区雨水进行了分析,除了测定雨水中含有的重金属和常见元素Pb、Zn、Cu、K、Na、Ca、Mg、NH4 -N外,对雨水样品酸度、温度、固体悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)等参数进行了测定分析,结果发现,扬州雨水质量尚好.从沥青屋面雨后积水COD的变化曲线看,降雨开始50min后,COD值基本稳定在Ⅲ-Ⅳ类水质标准之间,110min后符合Ⅰ类水质量标准.     

基于超声-ORP原理的快速COD检测法研究

针对传统水质化学需氧量(COD)在线检测方法检测稳定性差、易受环境影响等缺陷,为提高水质COD在线检测效率和稳定性,本文基于超声化学原理和氧化还原电位法(ORP),提出一种在超声波辅助消解(UASD)作用下基于ORP法的COD检测方法：UASD-ORP法。通过超声波辐照下空化气泡微射流的加强传质、表面自由基活化等特效作用消解待测水样,结合ORP监测溶液的宏观氧化-还原性,保证COD检测中后续滴定过程的准确性、稳定性。实验表明,经该方法检测标准邻苯二甲酸氢钾(KHP)溶液的COD值同国标法测得的COD值非常接近,相对误差在-6.0%~-3.0%之间;对污水样品实地测试中,该方法测得的COD值与标准方法测得的COD值的准确度在-10%~-1.5%之间。应用UASD-ORP法完成COD检测周期在15min~20min,且测量值重复性≤3%。实验验证了该方法具有可行性,可以用于开发在线检测技术。     

CSR电子冷却段磁场造成闭轨畸变及校正

电子冷却的应用提高了重离子储存环的束流品质, 也为重离子储存环的运行带来了新的课题. 电子冷却段的横向磁场在引导约束强流电子束的同时也不可避免影响了多次经过的离子轨道. 为了保证束流的安全运行, 必须将离子轨道的畸变部分限制在局部范围, 并保证轨道畸变量对储存环接收度的影响可以容忍. 讨论在建的兰州重离子储存环HIRFL-CSR电子冷却段磁场及其造成闭轨畸变和校正方案.     

基于机器学习的水体化学需氧量高光谱反演模型对比研究

化学需氧量（COD）是水体有机污染的一项重要指标,如何快速准确检测水体的COD含量尤为重要。机器学习在水质反演领域应用日益增多,并取得了较多的研究成果,高光谱遥感具有光谱空间分辨率高、成像通道多等优势,使其在水体COD反演方面有着极大的潜力。利用不同的高光谱预处理方法对原始高光谱数据进行处理,并利用处理前后的高光谱数据对比研究了不同机器学习模型、不同高光谱预处理方法对水体COD的反演性能。首先利用ZK-UVIR-I型原位光谱水质在线监测仪在扬州宝带河实地收集了1 548组COD和对应的高光谱数据（400~1 000 nm）样本,为降低光谱噪音干扰以及消除光谱散射影响,分别使用Savitzky-Golay（SG）平滑、多元散射校正数据（MSC）以及SG平滑结合MSC对原始光谱进行预处理。其次,将样本集随机划分为训练集和测试集,其中训练集占比80%,测试集占比20%。对预处理后的训练集全波段光谱基于线性回归、随机森林（random forest）、AdaBoost、XGBoost四种机器学习方法建立COD高光谱反演模型,并选取了决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）、相对分析误差（RPD）三种指标在测试集数据中评估高光谱反演模型的精度。结果表明,随机森林、AdaBoost、XGBoost均优于线性回归,无论光谱处理与否,通过XGBoost建立的反演模型预测能力均为最佳,其中使用XGBoost对经过SG平滑和MSC处理后的光谱数据进行建模的反演模型精度最高,其R2达到0.92,RMSE为7.1 mg·L-1,RPD为3.4。考虑到原始光谱可能存在冗余,通过主成分分析法（PCA）对经过SG平滑和MSC处理后的光谱进行降维,并选取累计贡献率达到95%的前十个主成分作为模型的输入变量。通过XGBoost建立反演模型,结果表明经过PCA后的反演模型不仅精度有所上升,RPD达到3.8,而且模型的训练时间也由72 s缩短到2.9 s。以上研究可为该水域及类似水域的高光谱水质反演模型的建立提供新的方法及思路。     

半导体激光器腔面增透膜AIN薄膜的制备

提出了一种新的半导体激光器增透膜——A1N膜,并用matlab软件模拟分析了不同腔面反射率对激光器输出功率的影响,得到激光器最大输出功率时前后腔面的反射率的最佳值.采用反应磁控溅射技术,利用高纯铝靶(99.999％)和N2+ Ar的混合气体在K9玻璃基片上沉积了AlN薄膜.利用Filmetrics系统对薄膜进行光学性能...     

基于PSO-PLS混合算法的水体COD紫外吸收光谱检测研究

化学需氧量（COD）是反映水体受有机物污染程度的重要指标。紫外吸收光谱法是目前水体COD检测研究中应用最为广泛的方法,具有样品无需预处理,成本低,无污染,测定速度快等优点。但是,原始光谱数据维数高,光谱信息中包含大量冗余变量,直接将全光谱数据进行建模存在精度低,计算复杂等问题。针对紫外吸收光谱全光谱建模精度低,光谱数据存在大量共线性的问题,提出了一种基于粒子群算法（PSO）结合偏最小二乘（PLS）优选特征波长建立预测模型的方法,以提高紫外吸收光谱预测模型的精度和适用性,简化模型。利用搭建的紫外吸收光谱装置,采集29份不同浓度的COD标准溶液的紫外光谱数据,每份标准溶液采集5次取平均值并对其进行平滑处理,减少仪器和环境带来的误差。考虑到标准溶液在200～310 nm的光谱范围内存在吸收,故选取该波段范围内246个波长点作为建模数据,每个波长点下的吸光度数据作为一个粒子并按照顺序编号,以PLS为建模方法,相关系数r和均方根误差（RMSE）为评价指标,设置粒子群算法适应度函数f(x)=min（RMSE）,取粒子初始种群数为20个,惯性权重w=0.6,自我学习因子c1=1.6,群体学习因子c2=1.6,最大迭代次数为200次,算法终止条件为达到最大迭代次数。算法输出全局最优变量取值为168,94,181,183,175,209,106和142。采用粒子群算法优选的8个波长点建立PLS预测模型的相关系数r和预测均方根误差RMSE分别为0.999 98和0.155 1。为了验证PSO-PLS建立的预测模型效果,建立了PLS,iPLS和SVR三种预测模型进行对比。验证结果表明,PSO-PLS模型的相关系数r和均方根误差RMSE均优于其他三种预测模型,说明粒子群算法能有效的提取用于PLS建模的特征波长,消除子区间变量的共线性,提高预测模型的精度。该方法为实现水体COD实时在线监测提供了一种有效途径。     

氦离子注入形成980nm脊型波导激光器腔面非注入区的研究

报道了氦离子注入技术在提高980nm半导体激光器灾变性光学损伤(catastrophic optical damage,COD)阈值上的应用.p-GaAs材料经氦离子注入后可以获得高的电阻率.在距离腔面25μm的区域内进行氦离子注入,由此形成腔面附近的电流非注入区.腔面附近非注入区减少了腔面载流子的注入,因此减少了非辐射复合的发生,提高了激光器的灾变性光学损伤阈值.应用氦离子注入形成腔面非注入区的管芯的平均最大功率达到440.5mW,没有发生COD现象.而应用常规工艺制作的管芯的平均COD阈值功率为407.5mW.同常规工艺相比,应用氦离子注入形成腔面非注入区技术使管芯的最大输出功率提高了8%.     

插入式超声化学反应器的设计与仿真研究

超声辅助水样消解技术实现了水质多参数检测的快速性、准确性,而声化学反应器在超声消解法中起到了关键性作用。从理论方面分析了影响超声波在声化学反应器中能量传播的主要因素是反应器结构和几何尺寸;采用ANSYS软件仿真,设计了一种变幅杆插入式声化学反应器。通过MATLAB软件进行声场仿真分析,与槽式相比,插入式具有降低能量损耗,提高传播效率的优势。设计实验证明,基于插入式化学反应器的超声辅助快速检测方法测得标准邻苯二甲酸氢钾(KHP)溶液的化学需氧量(COD)值同国标法测得的COD值非常接近,准确度在-9.2%~4.4%,且测量重复性好,周期较短。该方法更有利于水质在线检测技术。     

氦离子注入形成980nm脊型波导激光器腔面非注入区的研究

报道了氦离子注入技术在提高 980nm半导体激光器灾变性光学损伤 (catastrophicopticaldamage,COD)阈值上的应用 .p GaAs材料经氦离子注入后可以获得高的电阻率 .在距离腔面 2 5 μm的区域内进行氦离子注入 ,由此形成腔面附近的电流非注入区 .腔面附近非注入区减少了腔面载流子的注入 ,因此减少了非辐射复合的发生 ,提高了激光器的灾变性光学损伤阈值 .应用氦离子注入形成腔面非注入区的管芯的平均最大功率达到 44 0 5mW ,没有发生COD现象 .而应用常规工艺制作的管芯的平均COD阈值功率为 40 7 5mW .同常规工艺相比 ,应用氦离子注入形成腔面非注入区技术