高光谱成像用高帧频CMOS图像传感器北大核心

针对高帧频、全局曝光和光谱平坦等成像应用需求,设计了一款高光谱成像用CMOS图像传感器。其光敏元采用PN型光电二极管,读出电路采用5T像素结构。采用列读出电路以及高速多通道模拟信号并行读出的设计方案来获得低像素固定图像噪声(FPN)和非均匀性抑制。芯片采用ASMC 0.35μm三层金属两层多晶硅标准CMOS工艺流片,为了抑制光电二极管的光谱干涉效应,后续进行了光谱平坦化VAE特殊工艺,并对器件的光电性能进行了测试评估。电路测试结果符合理论设计预期,成像效果良好,像素具备积分可调和全局快门功能,最终实现的像素规模为512×256,像元尺寸为30μm×30μm,最大满阱电子为400 ke^(-),FPN小于0.2%,动态范围为72 dB,帧频为450 f/s,相邻10 nm波段范围内量子效率相差小于10%,可满足高光谱成像系统对CMOS成像器件的要求。     

盖革模式雪崩光电二极管的主动淬灭电路研究

紫外光通信作为新型通信方式,在短距离通信领域具有潜在的应用前景。紫外光通信的探测电路可分为线性模式和盖革模式,盖革模式探测电路在系统带宽和探测灵敏度等方面具有显著优点。本文研究了基于盖革模式雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)的单光子探测电路,实现对微弱紫外光信号的探测。采用主动淬灭快恢复电路,通过淬灭信号和恢复信号控制APD阳极电位,从而减小死时间,提高系统的计数上限。实验发现,对于主动淬灭电路而言,当死时间过小时,淬灭时间和恢复时间除了受到淬灭信号和恢复信号控制外,还会受到电路中电容充放电时间的影响。本文从理论和实验两方面研究了电路中电容和电阻对死时间的影响,为进一步缩短死时间提供了理论指导。     

基于近红外光谱法快速鉴别转基因油研究

采用近红外光谱法对转基因油/非转基因油的混合溶液进行研究。对采集到的原始光谱分别进行多元散射校正（MSC）、一阶导数（FD）、移动窗口平滑（MWS）、Savitzky-Golay平滑一阶导数（SG1）预处理。研究比较了不同预处理方法对转基因油/非转基因油支持向量机（SVM）建模判别分析的影响，其中MSC预处理后的模型预测效果最好，准确率为91.6%。为了进一步提高模型的精度与稳定性，采用连续投影算法（SPA）对全波长进行特征波长筛选。利用筛选后的15个特征波长输入到SVM中，预测准确率提高到98.3%。实验结果表明，采用近红外光谱法，可以实现对转基因油/非转基因油快速检测，不仅适用于纯转基因油的鉴别，也适用于非转基因油中掺入转基因油的鉴别。     

多次采样平均在长波红外高光谱成像系统中的应用

长波红外高光谱成像系统由于光谱细分导致探测器所接收的目标信号的能量较一般成像系统弱,因此系统噪声对成像效果影响较大。针对这一现象,本文在分析系统噪声成分的基础上,提出采用ADC多次采样平均的方法来降低其噪声,并从理论上推导了该方法的有效性。然后搭建了实验系统,分析计算不同积分时间下,利用多次采样平均技术得到的信号和噪声大小,并计算系统的信噪比和NETD。结果表明,多次(m次)采样平均对系统的信号值几乎无影响,但可以将系统噪声降低至原来的m~(-1/2)倍。因此,该方法可将系统的信噪比提高至原来的m~(1/2)倍,并能有效降低系统的NETD,提高系统灵敏度。该方法为改善长波红外高光谱成像系统成像效果提供了一种方案。     

不同工质回路热管负载功率变化下的质量流量特性

为了进一步提高回路热管仿真精度并丰富回路热管实验研究方法，本文对回路热管瞬态传质进行实验研究。使用高精度质量流量计分别对以丙酮、乙醇、丙烯为工质的回路热管进行不同负载功率下的质量流量测量研究。结果表明：启动阶段，热负载10W时，丙烯回路比丙酮回路热管启动快，且两者的温度稳定均滞后于质量流量；稳定阶段，随着热负载功率增大，不同工质的回路热管的平均质量流量均线性增长，而瞬态质量流量则持续波动，其质量流量波动幅度均呈现先减小后增大的趋势。质量流量波动幅度会受到气体工质的可压缩性与作用在毛细芯内部上的热量的共同影响。通过频谱分析发现，液相质量流量波动还会受到冷凝器两相区的影响。高热负载下，作用在毛细芯内部上的热量占主导地位，质量流量波动加剧，同时出现周期性大幅波动，且其波动频率随着热负载增大而增大。     

4 K节流制冷机预冷温度及压力特性影响研究

空间4 K JT节流制冷是实现深空探测任务的关键技术之一。基于4 K温区开式节流制冷机实验台，理论分析末级预冷温度及高压压力对理论最大制冷量的影响，给出不同工况下最优末级预冷温度及最优高压压力的选择。开展实验测试验证理论计算。分别测试了末级预冷温度为15 K时，五种高压压力（0.829、1.103、1.775、1.837和2.154 MPa）以及高压压力1.773 MPa时三种不同预冷温度（11.5、15.0和18.0 K）下的最大制冷性能，实验结果变化趋势与理论值吻合较好。预冷温度及压力特性影响研究为后续节流系统整体压缩机及预冷机最优状态耦合匹配奠定基础。     

傅里叶变换拉曼光谱在食品行业的应用

人们对于食品行业历来有着很高的关注度,食品检测、食品安全等各方面都成为了企业和社会关注的焦点问题。随着检测技术的不断发展,傅里叶变换拉曼(Fourier transform Raman, FT-Raman)光谱技术作为一种能够快速、无损、准确的光谱分析方法,已经在农业、医学、考古学等领域证明了其价值,在食品行业也得到了越来越多的应用。各种研究报告表明,除了仅通过光谱的视觉差异信息进行物质判别之外,FT-Raman光谱结合化学计量工具或与其他光谱手段进行联合分析,提供了更多可以应用在食品行业的高效检测、判别手段。本文简述了有关FT-Raman光谱技术的一些基本原理,综述了近10年(2010～2019)中FT-Raman光谱在食品行业中的应用,并对其未来的发展趋势进行了展望。