调频连续波激光雷达及数据采集信号链噪声分析

在调频连续波激光雷达中,用于中频信号采集的模拟-数字采集模块是其关键组件,信噪比、信纳比、无杂散动态范围等参数是衡量该数据采集信号链交流特性的重要指标,直接决定着调频连续波激光雷达的探测范围和测距精度等性能。设计了用于调频连续波激光雷达的中频信号采集模块,获得49.13 dB的信噪比和48.90 dB的信纳比;然后研究了其噪声特性,获得系统的主要噪声来源为采样时钟的相位噪声,并且通过引入数字滤波器将信噪比和信纳比分别提升11.38 dB和11.32 dB,理论上激光雷达的探测范围提高3.7倍。可通过采用专业时钟芯片降低噪声,经计算可将信噪比提高8.65 dB;最后,搭建了光学相控阵调频连续波激光雷达系统,验证了数据采样模块的有效性,完成了40 m距离的探测,最大测量误差为7.7 cm,最大探测范围为133.67 m。     

高灵敏度获取SPR生物传感器的信息

获得高灵敏度的生物信息是SPR生物传感器扩展其应用的重要保证。它涉及生物传感芯片、光路、信号采集以及信号处理,其中生物传感芯片、信号获取和数据处理是实现高灵敏度获取的3个主要因素。本文通过对空间相位调制微阵列检测系统和微阵列光强检测系统的分析,得到了信号获取系统可以达到的灵敏度;同时,还分析了信号获取系统的传感单元对灵敏度的影响,提出了合理选择和设计信号获取系统的措施。研究结果表明,相位检测的灵敏度和分辨率要明显高于光强检测,光强检测的灵敏度能达到10^-4RIU,相位检测的灵敏度可达到10^-6RIU。     

基于动态权重PSO算法的眼科OCT设备横向分辨率检测

眼科光学相干层析成像(OCT)设备的横向分辨率检测易受光斑噪声和干涉条纹影响,为提高横向分辨率检测精度,提出一种基于动态权重粒子群优化(DWPSO)算法的眼科OCT设备横向分辨率检测方法。通过构造动态权重因子对局部PSO算法进行改进,构建了DWPSO算法;建立了光束光强分布模型,采用DWPSO算法辨识模型参数并获得光束宽度,应用最小二乘算法拟合光束宽度得到数值孔径,用于实现眼科OCT设备横向分辨率检测。实验结果表明:DWPSO算法与其他相关算法相比较能够快速得到光束光强分布模型的全局最优解;被测眼科OCT设备在近焦点位置的横向分辨率为18. 21μm,远焦点位置的横向分辨率为49. 91μm,该横向分辨率检测方法使光斑噪声和干涉条纹的影响有效降低,具有较好的噪声鲁棒性。     

一种采用白光LED为光源的波长检测型表面等离子体子共振仪的研制

自行组装了一套多波长同时检测型SPR仪，介绍了构成此仪器的四个部分：光源系统、SPR传感器、样品引入系统、光学传输及检测数据处理系统。并应用所研制的SPR仪对抗生素进行了检测，取得了较好的结果。     

基于衰荡腔技术的传感器设计与计算机分析

文中将痕量气体测量中衰荡腔技术引入到了SPR传感器中,提高了性能。理论上分析了衰荡腔光路及出射光强与衰荡腔扫描速度间的关系。分析发现:设计的新方法相对于直接测量SPR归一化光强的方法可以显著提高灵敏度,降低检出限。通过改变可调谐激光器的输入波长,并利用衰荡时间信号反馈调节可调掺铒光纤放大器放大,可以在保证灵敏度条件下追踪SPR吸收峰变化,因此兼具波长解调型SPR系统动态范围广,适应性强的优点。     

表面等离子体谐振（SPR）生化分析仪的研制

表面等离谐振(Surface Plasmon Resonance,SPR)生化分析仪是一种基于物理光学原理的新型生化分析系统,SPR技术作为一种表在反应的生物传感技术,具有很重要的生化分析能力,可用于无标记实时监测许多种类生物分子之间的反应.SPR生物分析技术已成为直接实时观测生物分子间相互作用的主导技术.近年来SPR传感技术受到重点研究和发展;SPR生化分析仪也已经商品化.在本文中详细介绍了自行研制的新型SPR-2000型生化分析仪,仪器的主要性能是入射角扫描范围40°～70°,测角精度优于1×10-3度,探测折射率范围1.04～1.47,温度范围4℃～60℃、检测灵敏度可达10-11M等.利用该系统实时测试了1gG-GAHIgG的动态反应过程.实验证明该分析仪精度和灵敏度高,适用范围宽,并已提供多家使用,具有比较好的商品化性能.中国图分类号 TH744     

基于光子计数激光雷达的时域去噪

激光雷达传统的成像方法需要经过长时间积分探测生成光子计数统计直方图的方式来减少背景噪声的影响,获得目标场景的深度估计信息。为了快速准确地获取目标场景的3D图像,提出基于光子计数激光雷达的三维距离图像时域去噪算法。该算法不需要生成光子计数统计直方图,利用信号和噪声在时间轴上不同的分布特性,结合了泊松过程统计规律。此算法提高了信号的探测概率,能够在低信噪比的环境下将信号和噪声分离,获得目标场景准确的3D图像。实验结果表明在低信噪比的条件下,此算法获得深度图像的RMSE与传统基于最大似然估计成像方法相比成像精度至少提高了3倍。有利于激光雷达三维成像在高背景噪声环境下的使用,拓宽了激光雷达的应用范围。     

采用知识的粒子群算法的多频微弱信号自适应随机共振检测方法

调参随机共振系统结构参数的选择对该检测方法的性能优劣起着决定性的作用。针对工程应用中对多频微弱信号实时检测的要求,提出以平均输出信噪比为适应度函数,将随机共振系统产生最佳共振效应时势垒与噪声强度大致相等这一特性作为知识,采用基于知识的粒子群算法来并行优化随机共振系统结构参数。与标准粒子群算法相比,该算法能以更快的速度得到最佳的系统结构参数,自适应地实现非线性系统、输入信号和噪声之间的最佳匹配,削弱多频含噪信号中的噪声,提高信号的输出信噪比。仿真试验和水轮机振动信号提取的工程应用均表明,该方法参数寻优效率高,简单易行,在采样点数较少的条件下能最优地检测出淹没在强噪声中的多频微弱信号,可以实现早期故障特征信号的提取。     

Bathy2010P浅地层剖面仪在海洋工程中的应用

本文介绍了美国SyQwest公司生产的Bathy2010P浅地层剖面仪的工作原理及在海洋地层探测中的应用。Bathy2010P系统采用线性调频技术（Chirp）,高信噪比,商分辨率,发射声脉冲的重复性好,振铃与旁瓣得到很好压制。并应用SyQwest公司的水底探测跟踪算法,可靠的水底数字化技术,确保在陡坡地形和高噪声环境中实现卓越水底跟踪。     

高压输电线巡线机器人多电磁传感器的信号处理

通过实验对高压输电线路电磁场的分布进行分析,对电磁传感器的信号噪声进行分析,研究多电磁传感器信号的接入方法,并根据此方法设计了信号处理电路.现场和实验室实验表明,采用此种信号接入和处理电路得到的信号稳定,信噪比高,完全满足巡线机器人的要求.     

近红外光谱仪器主要技术指标与评价方法概述

近红外光谱（NIR）是一种高效快速的现代分析技术。近几年来，各种类型和不同用途的NIR仪器如雨后春笋般地涌现。面对种类繁多的NIR仪器，用户在选购、使用NIR分析技术时，充分了解和掌握仪器的主要技术指标及其评价方法是十分重要的。本文就这一问题进行了详细概述，以期对用户深入了解和选购NIR仪器，以及使用好NIR分析技术具有参考作用，同时对光谱分析仪器研究、设计和制造单位也具借鉴价值。     

微弱光强信号采样电路设计

微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中。针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测。     

Fully automated time domain spectrometer for the absorption and scattering characterization of diffusive media

We describe a system for absorption and scattering spectroscopy of diffusive media based on time-resolved reflectance and transmittance measurements. The system is operated with mode-locked lasers tunable in the 550-1050 nm spectral range and on a detection chain based on time-correlated single-photon counting. All measurement procedures such as laser tuning and optimization, signal conditioning, data acquisition, and analysis are completely automated, permitting spectral measurements over the whole range in a few minutes. The criticalities of the system are discussed together with the strategies to compensate them. The Medphot protocol devised for the characterization of photon migration instruments was applied to assess the system performances in terms of accuracy, linearity, noise, stability, and reproducibility. Finally, an example of application of the instrument to the spectroscopy of powders is presented.     

调制光谱技术与仪器的发展

本文阐述了调制光谱仪器的一些优点:如光能利用率高、光谱强度大、光谱分辨率高、光谱信噪比高、选择性好等。但仪器较复杂,并需配用电子计算机,故还不能取代价廉的经典光谱仪器。本文还介绍了傅里叶变换光谱技术和仪器、阿达玛变换光谱技术与仪器以及相关光谱技术和仪器的发展情况。     

Measurement and modeling of Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) on material surface

Measurement and modeling of Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) is made to describe optical scattering characteristics of the material surface. A measurement device of BRDF with the ability to real-time measurement is developed by the micro fiber spectrometer and three-dimensional turntables. The measured spectral range is from visible to near infrared with 2.4 nm wavelength resolution. The measured angular range is 0–360° in azimuth angle and 0–85° in zenith angle with 0.01° angle resolution. BRDF measurement on tinfoil and ceramic tile is made and the measurement error is no more than 6.05%. A six-parameter model of BRDF is built according to material surface characteristics. Based on the simulated annealing algorithm, the model parameters of BRDF are obtained through fitting processing of measured data and the maximal fitting error is 9.94%. The results show that the measuring accuracy of BRDF depends on the precision of measuring platform, the sensitivity of measuring instrument and the stability of illuminating light source, and the modeling accuracy of BRDF is closely related to the measured data and optimization modeling method. The measurement and modeling of BRDF may benefit future optical remote sensing, computer graphics and environmental surveillance.     

SPR生化分析仪及其在样品检测中的应用

表面等离子共振(SPR)是一种入射光照射到金属表面,导致金属表面产生等离子共振,反射光强出现衰减的现象,反射光强衰减程度与入射光波长、入射角及金属表面补测物质的折射率有关。根据这原理研制的SPR生化分析仪,在检测、分析分子间的相互作用等方面有着广泛的应用。针对HPSPR-6000生化分析仪的工作原理、技术参数、检测方法进行了详细的介绍,在芯片表面生长磺胺二甲嘧啶-BSA,并检测生长过程的响应信号,同时还对磺胺二甲嘧啶抗原与抗体在芯片表面的结合响应信号进行了检测。     

基于激光二极管的近红外水分仪研制

本研究开发一种基于近红外光谱技术,采用两只激光二极管(LD)光源,其中1490nm为水分的特征吸收波长,1310nm作为参考波长,使用积分球作为载样器件和使用LabVIEW虚拟仪器程序开发语言编写系统程序的新型近红外水分仪。该仪器去除一般光谱仪器中的分光部件,从而有利于提高系统的稳定性和信噪比。经茶叶和奶粉的实测试验证明,该仪器的检测精度较高,基本能满足实际生产中对水分检测的需要。     

Spin noise spectroscopy in semiconductors

Spin noise spectroscopy in semiconductors is an optical method that allows nearly perturbation free measurements of the spin dynamics of electrons in thermal equilibrium. The article explains the basic principles of spin noise spectroscopy and introduces an optimized experimental setup which promotes spin noise spectroscopy to an extraordinary sensitive tool. Exemplary measurements on n-doped bulk GaAs yield the temperature dependence of the electron spin relaxation time and the electron Landé g factor and reveal a dependence of the spin relaxation time on the laser probe wavelength. The magnitude and wavelength dependence of the measured spin noise signal compares well to basic calculations.     

高效液相色谱检测器——高分辨飞行时间质谱仪的研制

本文研制的质谱仪是具有电喷雾离子源和射频四极杆接口的高分辨飞行时间质谱仪（ESI-QQQ-TOF-MS）。该仪器的特点如下：采用可三维调节、带有加热雾化气的电喷雾源液质联用接口；采用由三组四极杆组成、可有效调制离子束的离子光学系统；采用正负双脉冲推斥和垂直引入方式；采用经优化设计的二级有网反射器。该仪器分辨本领优于11 000（Full Width at Half Maximum, FWHM），质量测定精度优于10×10^-6，最低检测限低于3 fmol/μL。可作为高效液相色谱优良的质谱检测器。