小波降噪对TDLAS 干涉抑制的研究

基于多光程吸收池的可调谐半导体激光吸收光谱 (TDLAS) 系统在检测过程中容易出现噪声干扰, 影响着其 实际检测性能。针对这种干扰的特征进行分析, 提出利用小波降噪法来改善 TDLAS 系统的探测性能。首先依据理论 研究结果选择合适的小波函数和分解层数, 然后通过这种小波对叠加干扰的仿真信号进行滤波, 结果表明这种降噪技 术具有良好的去噪效果。最后利用小波降噪技术处理了实验采集的不同浓度气体的直接吸收光谱 (DAS) 和二次谐波 信号, 相比于原信号, 降噪后信号的信噪比从 0.4 增加到 259, 系统的检测限也达到 7×10−6, 表明小波降噪方法在气体 光谱检测中具有较高的应用价值。     

基于中红外量子级联激光器的SO2 和SO3 检测研究

二氧化硫 (SO2) 和三氧化硫 (SO3) 是工业废气排放中的重要物质, 对环境和人体健康危害很大, 但对于他们 在排放过程中的原位-在线测量一直是个挑战。采用可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS) 技术, 基于 7.16 µm 量子级 联激光器 (QCL) 对 SO2 和 SO3 进行同时检测, 通过波长调制光谱技术提高测量系统的灵敏度和鲁棒性。在高温低压 条件下采用单光程-小体积的气体吸收池利用 TDLAS 同时测量 SO2 和 SO3 的吸收谱线, 测量的 SO2 和 SO3 的吸收 光谱充分分离, 从而确保了测量的准确性。同时, 修正了温度变化对 SO2 气体浓度测量的影响, 并提出了用已知浓度 的 SO2 来定标未知浓度的 SO3 气体。 Allan 方差分析表明, 在 34 s 的积分时间内, SO2 的最小检测限达到了1.98×10−6 cm3·cm−3, SO3 可探测的最低浓度为 1.575 ×10−6 cm3·cm−3。系统的上升响应时间约为 16 s, 下降响应时间约为 18 s。     

一种Zr基非晶/晶体复合型核材料的力学性能与耐腐蚀性能的研究

采用Zr65Cu35和Nb双靶直流共溅射方法,通过调节Nb靶的溅射功率,制备了不同Nb含量的Zr Cu Nb非晶薄膜。分别使用能谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜观察Zr Cu Nb非晶薄膜的成分与结构,最终选择具有优异非晶形成能力的Zr53Cu38Nb9成分溅射到纯Zr基片上,以制备锆基非晶复合材料。研究测试Zr53Cu38Nb9非晶复合材料的力学性能与耐腐蚀性能。结果表明:与纯Zr基片相比,复合材料在弹性阶段力学性能无明显差异;而在塑性变形阶段,由于非晶薄膜与纯Zr基片的变形与断裂机制不同,该复合材料具有更好的拉伸塑性,其表现为非晶膜厚为280 nm、640 nm和960 nm的复合材料的最大拉伸塑性形变较纯Zr基片分别提高了2.72%、5.22%、4.27%;在耐腐蚀性能方面,非晶膜厚为640 nm的复合材料与纯Zr基片相比,具有较小的自腐蚀电流密度icorr、较正的腐蚀电位Ecorr以及较大的容抗弧半径,表现出更优异的耐腐蚀能力。因此,该新型Zr基复合材料在核材料领域具有潜在的应用。     

一种Zr基核材料的制备工艺、结构及力学性能研究

采用直流磁控溅射法在纯Zr基片上制备ZrCu非晶合金膜形成复合材料,可望作为潜在的核材料。运用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜对其结构表征,最终选用非晶成分Zr65Cu35。对以Zr65Cu35成分合金靶制备的非晶膜及其镀覆在Zr基片上形成的复合材料分别进行力学性能测试。结果表明,ZrCu成分在Zr40Cu60-Zr80Cu20之间均为非晶基体,略含有少量的纳米晶颗粒,纳米晶颗粒尺寸在10 nm以下。且当Zr含量增加时,非晶馒头峰的中心位置由45不断左移,直到~31。另外,Zr65Cu35合金靶溅射时间为30 min的薄膜硬度最大,稳定时为7.7 GPa,其杨氏模量均稳定在~110 GPa,镀膜复合材料与相同尺寸的纯Zr基片相比,其抗弯强度、抗拉强度及塑性形变均有提高。     

基于频谱分析的中药浊度在线传感器研究

为了实现中药浊度在线精确测量,采用频谱分析法,将样品透射光和散射光信号的频谱特征与浊度之间建立联系,研究了一种低成本中药浊度在线传感器。将近红外发光二极管作为传感器的光源,通过FDS100光电二极管进行光电信号转换,经跨阻放大器和低通滤波器处理后由模数转换器转为数字信号,采用STM32F405单片机进行快速傅里叶变换和浊度反演;应用梯度稀释法制备了16组0NTU~1000NTU的福尔马肼标准浊度液对传感器做标定与验证实验,并测试了当归精油浊度的线性度。结果表明,透射和散射信号的3次谐波、5次谐波分量的幅值比值与浊度的线性拟合相关系数各为0.9883和0.9946;传感器的最小误差为0.471%,最大误差为3.768%;当归精油浊度的线性拟合度为0.99176,达到了精油提取、浓缩及干燥的实时在线测量需求。该传感器在中药的制造加工和质量监测中具有一定的应用价值。     

基于近红外图像处理的便携式干眼诊断仪研究

针对目前市面上的干眼诊断设备有诸如成本高、体积大和由于使用帧差法导致检测结果准确度不高等一些问题，本文设计了基于近红外图像诊断干眼的便携式设备。该设备使用基于近红外成像的Windows计算机进行检测，便于携带，可用于检测泪膜破裂时间（tear film break-up time, TBUT）、睑板腺（meibomian gland, MG）与泪河高度（tear meniscus height, TMH）等干眼症状。采用分形盒维数法检测TBUT，避免帧差法检测不准确；通过近红外（850 nm）补光成像技术检测MG，采用对比度受限自适应直方图均衡（contrast-limited adaptive histogram equalization, CLAHE）算法处理，将腺体区域突出，能够更加准确地检测面积缺失率。为了验证该仪器检测结果准确性，使用50组测试样本进行验证性实验，实验结果与意大利的CSO Antares（安达斯）仪器和SBM公司的ICP OSA等的检测结果进行对比。该设备的TBUT和TMH检测的结果与两个对照组结果的相关系数为P < 0.05，检测的结果一致性较好；MG的检测正确率为86%，特异度为84%。实验结果表明，该设备可作为干眼症的筛查和诊断设备用于眼科医院和视觉光学中心。