基于光散射的粒子测量方法综述

基于光散射的粒子测量方法具有非接触、测量范围较大、实时测量等优点,是颗粒物理化学特性测量的一类主要方法.介绍了基于光散射测量颗粒粒径、复折射率和浓度等参数的主要方法、原理以及各种方法的适用范围,以及基于光散射的粒子测量研究方面的新进展和存在不足的方面.基于光散射的粒子测量方法的适用范围各有侧重,其趋势将向着更宽的测量范围,更高的测量精度,与多参数同时测量等方向继续发展.     

最新血氧仪低功耗设计方案

下面介绍一个以Microchip MCU与Intersil的模拟器件为主的血氧仪的低功耗设计方案.血氧仪用来测量血氧饱和度的电子设备,血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血经蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比,即血液中血氧的浓度,它是用于表征呼吸循环的重要生理参数,正常人体动脉血氧饱和度为98%.本方案采用光电传感器测量,利用人体的血红蛋白对660nm的红光和940nm的近红外光的吸收率不一样,测定通过手指(或耳垂等)光传导强度,再通过软件计算并得出血氧饱和度.     

CMP后的晶圆的测量和评估方法研究

综述了CMP后的晶圆测量方法,比较指出：光学干涉法适宜于测量较厚的薄膜,而椭圆偏振法精度较高,但成本高昂,适宜于测量薄的薄膜。CMP后需要检测晶圆的表面状况,列举了常用的扫描电子显微镜、原子力显微镜和光散射探测仪。扫描电子显微镜常用于特征线宽的测量,其精度可达4nm;原子力显微镜是根据范德华力的原理制造,其探测精度高达0．1nm：但二者最大的缺陷就是操作复杂,成像十分费时。散射探测仪根据光的散射理论制造。可以快捷地全表面成二维图像,是值得推荐的一种测量手段。最后,指出今后的测量技术对半导体工艺的影响。     

光电脉搏血氧心率仪电路设计

简要介绍了基于脉搏血氧测量原理,利用硅光电池检测血氧饱和度的技术,设计了一个检测血氧监测心率的光电脉搏血氧心率仪.系统采取以单片机STC89C58RD+为核心,辅以脉冲控制、信号采集、信号处理三部分电路,同时对血氧饱和度和心率进行检测,并将测试结果通过LCD显示.经实际人体测试检验,血氧饱和度为93～98、心率为70～75,达到了实际测试要求.系统具有成本低、结构合理、制作简单、安全可靠等优点.     

使用网络摄像头估计生理参数的检测系统

目前基于IPPG技术的非接触式生理参数测量方法往往需要使用工业相机采集高帧率视频源以提高测量精度,但工业相机的使用门槛较高.针对此问题,文中设计了一款基于网络摄像头的非接触式生理参数检测算法,对网络摄像头提取到的IPPG信号进行特定的数字滤波和特征提取,能够测量人体心率和血氧饱和度.并且基于上述方法实现一款适用于PC端...     

微量样本中悬浮颗粒浓度的光纤检测装置研究

根据光的散射和透射理论,设计了一种用光纤检测微量样本悬浮颗粒浓度的装置.该装置采用了散射和透射两束光纤,且散射角度可调旨在寻找最优的测量角度.实验选用波长为785 nm的激光作为光源,在室温条件下,对酵母菌浓度测量进行了实验研究并用散透比和透射光两种方式处理数据.结果表明,酵母菌浓度为0～5%时,散透比与浓度呈近似线性关系;酵母菌浓度为5%～10%时,透射光与浓度呈近似线性关系,测量的误差范围小于土0.2%.该装置能实现微量样本的快速检测,在微机电系统(MEMS)领域具有较好的应用前景.     

一种基于大范围扫描离子电导显微镜的形貌和体积测量方法

针对现有测量方法不能同时实现大尺寸样品表面的总体和局部形貌的三维高分辨率测量以及体积计算的不足,提出了一种形貌和体积测量方法.本文首先构建了大范围扫描离子电导显微镜（Large-scale Scanning Ion Conductance Microscopy,L-SICM）系统,并利用数据拼接技术来扩展现有SICM系统的水平测量范围,从而实现样品形貌的大范围三维高分辨率测量,最后结合背景移除等数字图像处理技术来计算目标对象的体积.对亚毫米级样品的实验结果表明,基于L-SICM的测量方法可以有效完成大尺寸样品的总体和局部形貌的三维高分辨率测量及体积计算,且避免由光学测量方法引入的非线性误差.另外,采用更小的水平扫描步距（125 nm）可以减小5.82%的体积测量误差和38.12%的测量标准差,从而提高了系统测量的准确性和稳定性.     

一种光电反射式脉搏血氧监测方法

为缓解患者长时间使用透射式无创血氧饱和度监测仪带来的痛苦,提出采用反射式光电传感器进行脉搏血氧监测方法。利用LabVIEW软件强大的数据处理功能,结合NI USB-6353DAQ数据采集器,可快速实现系统的搭建。对10名患者进行脉率与血氧饱和度的监护测试实验,并与临床用血氧饱和度监测仪测量的数据对比,两者测量的血氧饱和度平均误差为0.2%,测量的脉率平均误差为0.8time/min。结果表明,本文设计与临床用血氧饱和度监测仪具有良好的一致性,能够进行脉率与血氧饱和度的测量,可以成为现有生理参数监测方法的一种补充。     

无损伤血氧饱和度检测系统研究

无损伤血氧饱和度检测系统能够快速实时进行血氧饱和度的测量,在临床中得到广泛的应用.介绍了无损伤血氧测定法的测量原理,并以微处理器ADuC848单片机为核心控制器,设计了血氧饱和度检测系统各硬件组成部分及主要软件流程图.设计优化了无创脉搏血氧仪的硬件及软件设计方案,使系统具有精度高、体积小、工作稳定、硬件结构简单等特点.     

无创血氧饱和度检测仪的设计

介绍了无创血氧饱和度测量原理,即红外光根据人体组织中不同的血红蛋白氧舍状态具有不同的光吸收谱特征,利用这些特征即可检测人体组织血氧饱和度。系统采用单片机C8051F020为核心,设计了无创血氧饱和度检测仪的各硬件部分和软件流程图,并通过可控数字电位器替代了传统的反馈电阻实现了增益自动调节,克服了个体差异造成的血氧信号只通过固定增益影响了测量精度的缺点。该系统结构稳定,功耗小,成本低,为临床测量提供连续有效的监测信息,适用于临床测量与研究,具有广阔的应用前景。     

激光后向散射法在测量湿蒸气中的应用研究

为了研究测量汽轮机内部湿蒸气特性,采用了基于后向激光散射法的测量新方法,得到不同角度不同位置湿蒸气散射光强度数据,从而得出湿蒸气相关参量,并求得湿蒸气水滴质量中间半径为1μm左右。结果表明,无湿蒸气时的空白数据对湿蒸气方法也有影响,需要修正公式;无论有无湿蒸气,30°的散射光光强均为60°的散射光光强的1.5倍左右,30°的散射光更明显适于测量。这一结果说明激光后向散射原理测量湿蒸气是可行的。     

多角度动态光散射角度误差对权重估计的影响

角度权重估计是多角度动态光散射测量技术的重要环节,其方法可依赖于光强均值或光强自相关函数基线。角度误差对颗粒粒度分布测量准确性的影响在很大程度上取决于角度权重系数的估计。通过对模拟和实测动态光散射数据的反演,研究了角度误差对基线值法和光强均值法进行权重估计对粒度分布反演的影响。结果表明:采用两种方法进行角度加权,无角度误差时反演结果无显著差异。存在角度误差时,误差对光强均值法反演结果的影响大于基线值法,并且对大颗粒的影响显著大于对小颗粒的影响。导致这一结果的原因在于,当散射角存在误差时,基于Mie理论的光强均值法得到的权重系数为理论值,与实测的光强自相关数据所对应的权重系数存在偏差。而且随着颗粒粒径的增大,Mie散射光强随散射角变化呈现出更为剧烈的波动,致使这种偏差加大。因此,采用基于Mie散射理论的光强均值法进行角度加权,对多角度光散射测量装置应提出较高的精度要求。     

气溶胶粒形光学测量技术的研究进展

气溶胶粒子的形状影响其光散射特性,粒形定量描述的重要性受到越来越多的关注.以光散射法和成像法总结了气溶胶粒形光学测量技术的进展,并在对比两者优缺点的基础上,从优势结合的角度探讨了粒形测量的新思路.     

Precise measurement of gold nanorods by using depolarized dynamic light scattering apparatus

A precise and noninvasive method for the size and shape measurement of gold nanorods(GNRs) has been proposed based on depolarized dynamic light scattering(DDLS). A home-made DDLS apparatus has been established. By applying depolarized optical path with precise alignment method, the signal-to-noise ratio(SNR) of this apparatus is highly improved. GNRs with three different diameter and length has been precisely measured by using DDLS method as well as scanning electron microscopy(SEM). The thickness of adsorption layer of cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) in solution has been taken into consideration. Results show that size measurement of GNRs by using DDLS method agrees very well with that by using SEM. In addition, it is shown that the extinction spectroscopy strongly limited the application of DDLS method by affecting the effective scattering light intensity. Proper laser wavelength should be chosen before the application of this method.     

颗粒浓度及粒度的光散射在线测量

介绍一种在线监测颗粒浓度及粒度变化的光散射方法。着重提出消除观察窗玻璃污染物对测量结果影响的办法。给出了部分现场实测结果。     

激光强度时空分布测量漫散射取样衰减技术研究

激光强度时空分布的测量对于诊断与评估激光系统的性能具有重要意义,减少激光入射角度影响、对大尺度激光束进行高分辨力、高占空比取样是准确测量激光强度分布的关键,结合漫散射光分布与入射光方向无关的原理,提出了激光强度时空分布测量漫散射取样衰减方法,设计了漫散射取样衰减单元,建立了光强计算模型,推导了光强计算公式并进行了验证,光强衰减倍数实验结果与理论值一致。介绍了漫散射取样衰减装置与光电管阵列或CCD成像系统的组合应用。该方法的优点:空间取样分辨力高,可达2 mm左右;使用角度宽,可达30而不需要响应修正;占空比高,可达40%以上;衰减倍数范围大,可以通过调节衰减结构参数实现任意需要的衰减倍数。漫散射取样衰减为阵列探测器对大尺寸激光束进行取样和衰减提供了一种新方法,提高了激光强度分布测量能力和测量精度。     

水泥路面激光散射特性研究

为了通过激光散射特性识别不同粗糙程度水泥路面, 设计了路面粗糙度测量系统。使用千分表测量水泥路面高度分布, 计算高度均方根与相关长度。根据以上参量采用功率谱频域滤波生成随机粗糙表面以模拟水泥路面, 通过切平面近似将粗糙面离散为大量微面元, 由菲涅耳公式计算本地场, 利用蒙特卡罗方法获取不同偏振光入射条件下粗糙面双向与后向散射光强度统计平均值。基于虚拟仪器技术进行高精度自动化激光散射测量, 并根据实验数据对理论模型进行了验证。结果表明, 双向散射小粗糙度水泥路面散射光强度在镜像方向散射角40°附近具有峰值90lx, 在镜像方向两侧逐步递减, 大粗糙度水泥路面光学特性近似为朗伯体, 散射光强度在各散射角方向变化不大; 后向散射在垂直入射时, 小粗糙度水泥路面散射光强度峰值为103lx, 随散射角增大逐渐递减, 大粗糙度水泥路面具有朗伯体散射特征。此研究结果可为车辆自主驾驶方案路面信息感知提供参考。     

基于激光散射原理的表面粗糙度测量方法研究

文章基于Beckmann散射模型,提出一种表面粗糙度的在线测量方法。以半导体激光器为光源构成远心光路,通过线阵CCD记录粗糙物体表面的散射光场。计算机分析处理得到表面粗糙度特征值Sn,在较大的范围内表面粗糙度Ra和Sn有很好的对应关系。该测量方法结构简单、精度高、速度快,可以对不同加工方法的工件表面粗糙度实现非接触实时检测,在工件的在线检测方面有很好的发展前景。     

小角前向散射偏振比法颗粒粒度分布反演

在光散射法的颗粒粒径测量方法中,传统测量模型的测量结果易受光路中颗粒杂质的影响。在Mie散射理论的基础上,将小角前向散射法与偏振比法相结合,推导了新的散射光能与粒径分布关系式,构造了传统小角前向散射法和小角前向散射偏振比法两种目标函数,并引入一种非独立模式算法人工鱼群算法对两种方法的目标函数进行反演。仿真采用服从Johnson-SB单峰分布均匀球形颗粒,分别对两种目标函数散射光能加入5%,10%,15%的随机噪声。仿真结果显示,利用人工鱼群算法对小角前向散射偏振比法目标函数反演得到的反演精度、抗噪声能力和鲁棒性都明显优于传统小角前向散射法目标函数的反演结果。     

Time-of-Flight透散射介质成像技术综述

Time-of-Flight (ToF)成像是利用光在目标和相机之间的飞行时间来获取场景的深度信息,具有体积小、成本低、实时成像等优势。在散射环境中,由于散射介质对光的散射作用,ToF成像受到多径干扰的影响,深度测量误差较大,限制了ToF相机在散射场景中的应用。ToF透散射介质成像技术是校正因散射光引起的多径干扰效应,从传感器接收到的混叠信号中分离出目标分量,实现散射场景中的深度信息恢复,其在雾天自动驾驶、水下勘测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。依据ToF成像系统的不同,详细介绍了PL-ToF和CW-ToF成像的基本原理,阐述和分析了散射场景中ToF稳态成像和瞬态成像的机理和特点,分别回顾和总结了ToF稳态成像和瞬态成像的透散射介质成像研究现状,并介绍了ToF透散射介质成像的应用前景,最后依据现有ToF透散射介质成像技术的优缺点,对未来发展趋势进行了展望。