基于荧光光谱的温度采集系统设计

本文基于光纤荧光的测温机理介绍了测量系统的总体结构及荧光信号检测电路,利用该系统通过检测荧光物质寿命实现了温度测量。本系统能够对被测对象进行精准度较高的温度检测。     

快速傅里叶变换在光纤温度传感器中的应用

提出的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,在研究了微弱信号的检测和处理技术的基础上,采用快速傅里叶变换(FFT)技术对荧光信号进行消噪处理.结果表明,使用该法检测的荧光信号的信噪与传统消噪方法相比有很大提高,从而使系统具有较高的精度和温度分辨能力.该方法的研究克服了特殊环境及电磁干扰环境温度测量的难题.     

基于稀土掺杂光纤荧光强度比的温度传感

相比于普通电传感器,光纤温度传感器具有精度高、传感范围宽、不受电磁干扰等优点。基于荧光强度、荧光寿命的稀土掺杂光纤温度传感器容易受到外部环境的干扰,测量精度存在不确定性。利用稀土离子两个能级的荧光强度的比值随温度变化的特性进行测温,可消除这种干扰（如泵浦源的噪声和波动）,而且荧光强度比对应力的不敏感性,使得它可以在很多应力与温度交叉敏感的传感系统中作为温度补偿。总结了国内外相关稀土掺杂光纤的荧光强度比测温的发展状况,分析了掺铒、掺钕、掺镱等石英光纤的荧光强度比温度测量的特点。     

基于U形塑料光纤的氧气传感器

报道了一种基于荧光猝灭原理的光纤氧气传感器.采用塑料光纤作为传感和传光元件进行氧气传感,传感头制成U形.以邻菲咯啉钌作为荧光标记物,用溶胶-凝胶法制备敏感材料.采用相移法来实现对荧光寿命的测定.测量了不同弯曲半径传感头对氧气传感的灵敏度,发现当U形光纤的弯曲半径较小时系统的灵敏度较高.对荧光寿命和氧气浓度的关系进行了测量,发现二者呈哑线性关系,提出双荧光体模型解释这一实验现象.     

基于光纤光栅传感的变压器绕组温度检测系统

传统温度传感器受到周围环境因素的影响很大,系统采用抗干扰能力强并且对温度极其灵敏的光纤光栅传感器.利用光信号的测量和传输,再解调成温度信号.分析了光纤光栅传感器的原理和系统构成,介绍了软件和硬件的实现.最后的实验结果证明了系统具有较高的测量精度,可满足变压器绕组高精度温度测量要求.     

一种便宜的荧光寿命测量设备

荧光寿命的测定提供难以从简单强度测量中分辨出的荧光团的重要信息。典型的纳秒范围的寿命是由观察脉冲辐射激励后荧光强度的衰减,或频域法来确定。直到最近,这些方法都还需要昂贵的实验室设备。一种新的数字信号处理锁定放大器,使得可以用相当便宜的通用设备来确定这些短的荧光寿命。} 马里兰巴尔的摩郡大学和马里兰生物工艺研究院的研究人员使用一种锁定放大器来确定荧光寿命。这里蓝光通过光纤输入到一个散发绿荧光的荧光素样品。部分荧光反射回光纤到探测器。锁定放大器分析此荧光来测定样品的荧光寿命 在马里兰巴尔的摩郡大学和马里兰生物工艺研究院,由Goving Rao领导的研究人员研制了一种实验性设备。他们的工作由国家健康研究所及Genentech, Merck和Pfizer资助。 该设备的计算机控制系统包括一个可测量高达200 MHz的SR844 RF锁定放大器,该放大器由加里福尼亚Sunnyvale的斯坦福研究机构提供。激励源是一个低价的蓝光发光二极管,测量辐射用的是R928光电倍增管。锁定放大器调制发光二极管的强度。 频域技术,涉及到相位调制荧光计,已经存在多年。当激励光强度调制时,荧光强度在同一频率也被调制,但其相位出现位移。这个位移反映荧光寿命。纳秒级寿命要求100 MHz的调制频率,直到数值信号处理器问世之前,所用的高频锁相放大器价格高达10万美元。 “频率响应的应用限制在80 MHz和100 MHz之间,”Peter Harms说,“限于蓝光二极管的响应率,难以快速调制。”他说,可以用新的紫光半导体激光取代发光二极管获取更高频率的调制。该系统的优势在于它的标价在10000美元和它的适应性、易操作性。 Harms说,该系统是同类研究工具中的佼佼者。除了价廉,它还足够小,可以在实时工业设备上提供寿命测量。“我们的实验室用寿命测量来检测传感器,这个设备允许我们决定每个化学传感器的最佳频率。若采用单频的话,商业传感系统将会更便宜。”     

荧光寿命的锁相检测技术

荧光寿命作为荧光信号的本征参量,其精确测量对于荧光检测和分析技术具有非常重要的意义。根据荧光信号的特点和荧光寿命的定义,介绍了荧光寿命的锁相检测技术的原理,设计了基于锁相环电路的荧光寿命检测系统,并将该系统用于荧光法溶解氧测量,实验结果表明,荧光寿命的测量值与实际值相对误差小于1.5%,系统响应时间小于60s,可实现荧光寿命的高精度实时监测。     

荧光寿命观测系统的设计

本文介绍了一种测量荧光寿命的新方法:利用荧光衰减曲线和RC电路衰减曲线合成李萨如图形来测量固体荧光材料的荧光寿命.文中阐述了荧光寿命的测试原理,对激励光源、供电的脉冲电源和光电转换器进行了分析,用所设计的荧光寿命观测系统对Nd:YAG晶体的荧光寿命进行了测量,得到的数值为230 m,与理论值相等.     

分布式光纤温度传感器的温度测量与信号处理方法及实现

分布式光纤温度传感器利用一根光纤为温度信息的传感和传导介质，可以测量沿光纤长度上的温度变化。这种传感器的信号处理是将探测器输出信号尽可能地去除噪声和干扰，得到准确快速的温度显示和温度数据，这在解决大型重要结构的实时监控、准确测量等问题以及在组成智能材料结构方面具有重要价值和应用潜力。文章对基于反斯托克斯／斯托克斯比值的分布光纤温度传感器的温度测量方法和信号处理方法进行了全面而深入的研究，据此建立了传感器的信号处理系统。     

红宝石光纤温度传感器在实用化中两个问题的讨论

通过对基于０．０５％ Ｃｒ３＋ 的红宝石荧光光谱制成的温度传感器进行了分析和实验,讨论了对光纤温度传感器实用化起到重要影响的两个问题,最后提出红宝石感温材质的改进方向和获取荧光余辉信号的方法。     

光纤荧光式测水中矿物油浓度

石油污染已经成为我国水域环境的主要问题之一,为了掌握石油污染的动态变化趋势,需实时在线测量水中石油浓度。从荧光测量的基本原理出发,研究了水中矿物油荧光检测机理、用荧光法和全光纤传感技术实现石油浓度测量的可行性,建立了水中油浓度的测算模型,确定了其荧光检测的最佳激发波长和荧光波长范围,根据得到的荧光特性设计了荧光激发、吸收和传输的光学系统。选用氙灯作为激发光源,设计了相应的检测系统及放大电路,通过以单片机为控制核心的高速数据采集电路实现了信号的采集转换,最后将数据输入计算机,处理得到了相应的石油荧光光谱。该方法可广泛应用于水中油检测方面。     

A method for online detection and lifespan evaluation of light sources

Light emitting diode (LED) light source degradation detection and lifetime evaluation usually use the data of light flux change as a basis, but the process of light flux measurement is complicated and tedious, requiring the use of an integrating sphere, and cannot be performed online. This is unfriendly to the detection of machine vision light sources used in production lines. To address this problem, this paper proposes and designs a method for online detection and lifetime evaluation of light sources by using a mini spectrometer to detect the intensity of light sources online, and evaluates the light degradation and lifetime of light sources based on the changes in light intensity during use. This determines whether the light source needs to be adjusted or replaced, avoiding misjudgment or missed judgment in production detection due to light source degradation. The experiment was conducted on LED under high-temperature accelerated aging. The light intensity data after aging was fitted by an acceleration and life evaluation model, and the fitting result showed that the error of life evaluation by this method was 8.37%. As a comparison, this paper also detects the changes in light flux of light sources during the experiment, and the average error between the decay of light intensity and the decay of light flux was only 0.102%. It has been validated that the error in evaluating the lifetime of light sources using this method is 10.71%, and the accuracy of the evaluation is about 90%. The results show that the method is accurate, reliable, and can be used as a basis for online detection and evaluation of LED light source degradation.     

Measurement of minority carrier lifetime profiles in silicon

The influence of finite surface recombination velocity on the measurement of minority carrier lifetime has been studied. The method is based on measuring the phase shift between the a.c.-photocurrent of a Schottky contact and the incident light. The limit of spatial resolution has been shown by theoretical calculations to be about one diffusion length. Lifetime profiles have been measured by the use of a mercury capillary contact.     

利用动脉血液的时变差分光谱实现血氧饱和度的测量

血氧饱和度的无创检测已在临床医学中得到广泛应用.目前的测量方法主要基于人手指的双波长光度分析原理,存在测量重复性差、检测速率低和误差大等缺陷,而且由于它完全忽略光散射的影响,理论上有不合理性.为了改进现有技术,分析了光散 射对手指组织吸光度的影响,并根据动脉血液在红外及近红外区域(600nm～1000nm)吸光度的时变特性,引入了时变差分光谱的概念;提出了利用时变差分光谱实现血氧饱和度测量的方法,并首次推导出包含光散射因子的血氧饱和度计算公式.与现有技术的对比表明,该测量方法具有测量准确、检测速率高、抗干扰性强和方便实现的特点,在理论上更严谨、更科学.     

激光声子的激发、探测及其应用

材料近表面吸收激光能量引起电子温度和品格温度在皮秒内产生变化，对超声波脉冲最后的形状产生很大影响。阐述了同体中激光声子产生的原理，介绍了光激发法、压电法激发声子同波，介绍了用抽运探测法、光干涉检测法、准共振激发荧光技术以及压电光声检测来探测声子的原理，简要捕述了高频声子的应用。     

一种双通道光纤光栅温度检测系统的研究

光纤光栅以其独特的优点,在温度测量中得到了越来越广泛的应用.在用分布式光纤光栅阵列进行测温时,由于受到传感光栅之间的缓冲区和探测范围的限制,使得测温点数有限.文章提出了基于光强的双通道分布式光纤光栅温度检测系统,在未改变缓冲区和探测范围的前提下,扩展了测温点数.     

COB封装LED器件寿命评价方法研究

COB封装的LED器件应用日趋广泛,但是其寿命评价方法仍限于做3000h或6000h的光通维持率试验,试验本身耗时较长,因此本文基于半导体器件的指数衰减规律和LED光通量的慢退化特性提出一种加速试验方法,对器件进行高温加速寿命试验,并对试验结果进行计算,得到了器件在加速试验温度下的L70寿命,然后利用相应水平的激活能,得到了在较低结温下的L70寿命。     

IoT Based Root Stress Detection for Lettuce Culture Using Infrared Leaf Temperature Sensor and Light Intensity Sensor

Root stress is a big problem for lettuce farming in tropical climates, especially temperature root stress. Black root rot, a final stage of the temperature root stress, leads to huge production loss. This paper presents the IoTs based root stress detection system for lettuce cultures. The proposed detection algorithm is based on the leaf energy balance and transpiration patterns. Unlike image sensors based detection methods, leaf energy balance principle and transpiration patterns measured from a lettuce leaf are considered as the key features to address the lettuce root stress conditions. The challenge of detecting lettuce stress by using a leaf sensor is to estimate the non-linear function of stomatal conductance. This paper has clarified the concept of detecting lettuce root stress using the transpiration patterns as well. Graphically, the combination of infrared temperature and light intensity sensors is appropriate to deal with the lettuce root stress detection. The proposed detection algorithm has been designed to detect three conditions of root stress problems: normal, root stress, and black root rot conditions. The infrared sensors are very suitable for the sensitive leaf like lettuce. To evaluate the proposed leaf sensor, the experiments are set up to show that the proposed detection algorithm can accurately detect the temperature root stress in different conditions. Moreover, the detection algorithm based leaf area index (LAI) has been discussed to the proposed detection algorithm. In addition, the performance of the proposed detection algorithm has been compared to the LAI based algorithm. The detection accuracy of the proposed detection method is 95% with different root stress conditions.

     

面向大型零部件的三维形面高精度测量方法

目前,辅助激光视觉测量法已广泛应用于大型零部件的三维形面测量。针对该方法在测量过程中普遍存在的轮廓边界信息获取不准确的问题,提出一种面向大型零部件的三维形面测量方法以获得精确的形面信息和轮廓边界信息。首先,根据光条图像序列采集特性,基于时间流的光条自适应定位方法实现了光条所在区域的实时定位;其次,提出了一种基于光条几何特征突变的边界提取方法,获取光条处的被测物边界行（列）坐标位置;然后,利用光条区域内快速提取的光条中心结果,确定准确的边界特征点坐标,并仅保留边界特征点以内的有效光条中心点;最后,对所提取的有效光条中心进行了三维重建,结合光条扫描实现了整个形面的三维快速测量。实验验证结果表明:该方法可实现被测物三维形面信息的高精度快速测量,同时获取精确的轮廓边界信息,其测量精度达到0.06 mm,且大大减小运算量,满足大型零部件的快速高精度测量要求。     

基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测技术

皮肤胆固醇含量可以作为评价动脉粥样硬化的重要指标之一,现有的皮肤胆固醇含量检测主要基于实验室活检进行,缺少快速无创的检测技术和装备。针对以皮肤胆固醇含量为评价指标的动脉粥样硬化的早期快速筛查需求,本文提出了基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测方法,研发了一种皮肤胆固醇无创检测系统。为了提高测量的准确性和稳定性,该系统对温度引起的检测试剂荧光效率的波动进行了修正。本文结合气相色谱法对测量结果的准确性进行了验证,并通过检测正常人群和动脉粥样硬化高风险人群的皮肤胆固醇含量,明确了该系统的临床应用价值。本文的研究结果表明,462~520 nm波段内的平均荧光强度与温度的相关系数为-0.995(p<0.0001),可据此建立温度校准曲线对由温度差异引起的荧光波动进行修正。校正后,系统测量的皮肤胆固醇含量与气相色谱测量值的相关性显著,相关系数为0.905(p<0.0001)。在动脉粥样硬化高风险人群的筛查实验中,动脉粥样硬化高风险人群和正常人群的皮肤胆固醇检测结果具有显著差异(P=0.0004)。与现有技术相比,基于荧光光谱法的皮肤胆固醇检测技术具有测量快速无创等优势,为大规模开展动脉粥样硬化的早期风险筛查提供了先进技术手段。