基于光声光谱法的无创血糖检测原理研究

利用光声光谱法无创血糖检测原理,以葡萄糖粉末和葡萄糖水溶液为样品、用调制激光作为信号激发源进行试验研究。可得到各个调制频率对应的光声信号幅值,进而得到光声信号幅值大小和调制频率的关系,最终找到葡萄糖粉末对应的最佳调制频率。在最佳调制频率下,测试葡萄糖水溶液,得到声信号随葡萄糖浓度增加的变化关系。实验不但找到葡萄糖对应的最佳调制频率,而且得到光声信号随葡萄糖浓度增加的线性关系,验证了光声光谱法在无创血糖检测中的可行性,为光声光谱法应用于无创血糖检测提供了一定参考价值。     

一种多信息融合无创血糖检测数据处理方法研究

以生物特征检测技术为基础,基于已经构建的无创血糖检测系统进行血糖检测数据分析。以光电检测技术为主,结合其他人体特征信息检测,对人体进行无创血糖测试得到大量数据,建立数学模型并利用算法来计算血糖浓度。与一种常用有创血糖仪检测数据进行对比,有创与无创检测结果的相关系数达到了85.4%,为多信息融合无创血糖检测系统提供了一种有效的数据处理方法。     

代谢热整合法无创血糖检测技术研究

介绍了一种新的基于代谢热整合法的无创血糖检测技术。采用温度传感器、红外传感器、湿度传感器和光学测量装置,通过测量人体代谢产生的热量、血液流速、血氧饱和度,利用人体代谢产生的热量是血糖浓度、供氧量的函数,可以推算出血糖浓度。介绍了系统的组成、数据处理方法及可能造成误差的因素。用所研制的检测系统进行了临床实验,得到的血糖值与用大型生化分析仪测得的血糖值的相关系数达到0.856。实验证明,代谢热整合法无创血糖检测技术是可行的。     

基于多信息融合的无创血糖检测系统设计

为了解决糖尿病人血糖检测的有创问题,以生物特征检测技术为基础,设计了一种近红外透射光谱法的多信息融合无创血糖检测系统,并测试了系统性能。通过建立数学模型对该系统实测的数据进行处理,得到人体的血糖值。试验结果表明,本系统与传统血糖仪检测结果的相关系数达到了0.854 2。同时该系统可以对人体血糖变化趋势进行记录,为连续监测血糖值提供了新方法。     

真皮与血管漫反射光谱的相关性研究

基于真皮与血管漫反射光谱的相关性活体实验研究真皮漫反射光谱法测量血糖浓度的可行性:成功剥离兔子股动脉血管,实现血管光谱的直接测量;在调节兔子的血糖浓度变化的过程中,同时监测兔子的血管漫反射光谱和皮肤漫反射光谱。实验结果表明,血管漫反射光谱与皮肤漫反射光谱之间的相关系数达到0.88以上。分别基于血管漫反射光谱和皮肤漫反射光谱建立校正集模型,并预测得到相应的血糖浓度集G1和G2,两组血糖浓度预测值之间的相关系数为0.90。因此,真皮漫反射光谱信号能够有效地反应血液信息,从而实现血糖浓度的无创检测。     

不同浓度硫酸盐的太赫兹光谱分析

水体中硫酸盐含量过高会严重危害人体健康和生态平衡,本文利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对硫酸铜、硫酸钾不同浓度样品进行了光谱测试,得到0.2-2.0THz频率下的频域谱图和吸收曲线.结果表明THz光谱透过不同的硫酸盐样品后有不同的吸收曲线,对于每种硫酸盐,浓度越大对太赫兹波的吸收越强,浓度与吸收系数之间呈现线性递增关系.THz-TDS能够分辨硫酸盐溶液中浓度的不同,可以应用于对水溶液检测与分析,为水质分析提供了新的方法.     

衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法在中药贴膏剂和皮肤病研究中的应用

采用衰减全反射—傅里叶变换红外光谱法(ATR—FTIR)和红外差谱技术研究了用于治疗银屑病贴膏剂的有效中药成分。用差谱技术得到的谱图与超临界流体萃取技术制备的纯有效成分的谱图基本一致，表明贴膏剂的制作工艺非常成功，药物成分没有与粘着性基质或其它助剂发生化学作用。此外，对人体健康皮肤和患银屑病皮肤的ATR红外光谱进行了对比分析。     

人体无创血糖检测技术

无创血糖检测技术具有无疼痛、无感染、测量简单、测量速度快等优点,能有效地满足糖尿病人实时、频繁监测血糖浓度的需要,是血糖检测技术发展的方向.本文介绍了人体无创血糖检测各种技术的原理、特点及研究进展.指出近红外无创血糖检测是最有前景的无创血糖检测方法之一,是无创检测技术研究的热点.     

热扩散法测量血液流速

介绍了一种利用人体皮肤和接触导体的热传递来无创测量局部皮肤组织中血液流速的方法.使用热量作为指示剂,利用血液是人体内主要热传递媒介的特性,通过测量与人体皮肤接触的金属导体的温度变化,可以得到血液流速.该方法无需加热人体表面组织,结构简单.进行了理论推导、模拟仿真,提出了采用归一化差均值作为表征血液流速的量,并研制了实验系统.利用该实验系统测得的血液流速与用Doppler血流计测得的标准血液流速之间的相关系数达到0.914.     

基于太赫兹超材料技术低浓度莠去津的快速检测

除草剂不恰当的处理会导致土壤、水和空气的污染,并且会通过环境进入食物链,影响人体健康。莠去津作为常见的除草剂,在世界范围内的水环境中经常被检测到。目前常用的检测方法主要依赖于大型仪器,一般需要复杂的预处理,并且对操作人员的技能要求较高,难以普及。随着光学材料的发展,太赫兹超材料技术如今已扩展到越来越多的领域,常用于识别物质的细微变化。采用太赫兹光谱技术结合超材料检测低质量浓度莠去津溶液（0,1,10,100,1 000和2 000μg/L）,测得的透射谱经过归一化处理以及拟合分析。实验结果表明,利用太赫兹光谱技术结合超材料能够精确检测到1～2 124μg/L的莠去津质量浓度变化,有效提高农药检测的灵敏度。     

热障涂层折射率与厚度的太赫兹无损检测

精确提取陶瓷层（Top coat,TC）与热生长氧化层（Thermally grown oxide,TGO）层在太赫兹频段的折射率是进行热障涂层（Thermal barrier coatings,TBCs）太赫兹无损检测研究的重要条件。由于对涂层样品只能采取反射式测量,所以首先比较了反射式与传统透射式测量条件下提取样品太赫兹光学参数及厚度的结果,随后利用反射式太赫兹时域脉冲成像系统提取等离子体喷涂的8YSZ热障涂层（TBCs）中TC层与TGO层的折射率,并依据所提取折射率进一步对TC层的厚度分布进行测量及成像。试验结果表明在材料中衰减较小的有效频段下反射式测量同样可以精确提取样品的折射率以及厚度,反射式测量TC层的平均折射率为5.23,TGO层的折射率为2.91,TGO的主要成分α-Al₂O₃的折射率为2.85。TBCs样品中TC层的平均厚度为257 μm,从TC层厚度的太赫兹图像中可观察到TC与粘结层（Bond coat,BC）界面的不均匀程度。反射式太赫兹无损检测可精确提取TBCs中TC与TGO的折射率和厚度,这对于TBCs中裂纹和气泡等缺陷的识别以及TGO生长太赫兹检测具有重要意义。     

Terahertz time domain attenuated total reflection spectroscopy with an integrated prism system

We demonstrated attenuated total reflection (ATR) spectroscopy with an integrated prism system that included a terahertz emitter, a terahertz receiver, and an ATR prism. The ATR prism had two internal off-axis parabolic mirrors for, respectively, collimating and focusing the terahertz waves. The Fresnel loss at each interface was reduced, and the total propagation efficiency was 3.36 times larger than when using a non-integrated prism system. The refractive index of water samples calculated from the experimental data showed good agreement with values reported in the literature.     

Determination of complex permittivity and permeability of lanthanum iron garnet filled PVDF-polymer composite using rectangular waveguide and Nicholson–Ross–Weir (NRW) method at X-band frequencies

In our previous work, the lanthanum iron garnet-filled PVDF-polymer nanocomposite has been prepared. The reflection and transmission coefficients (S-Parameters) of PVDF-13% LIG were measured using rectangular waveguide in conjunction with a microwave vector network analyzer (VNA) at X-band frequencies (8–12 GHz). In order to determine simultaneously the real and imaginary parts of complex permittivity and permeability of nanocomposite sample the Nicholson–Ross–Weir (NRW) method was applied based on the measurement of the S-Parameters of the materials. The general observations of the results indicate that the decreasing in real and imaginary part of complex permeability and real part of complex permittivity resulted in increasing the frequency; meanwhile imaginary part of permittivity tends to become constant when frequency increased.     

三种橡胶材料的太赫兹光谱研究

本文利用太赫兹时域光谱技术研究了氯丁橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶在0.2～1.8 THz频段的光学性能和光谱特性,得到了三种橡胶的时域谱、折射率谱和吸收谱,进而计算橡胶在0.2～1.8 THz频段的吸收系数和折射率,结果表明可以通过吸收系数与折射率来区分不同种类的橡胶。这种方法为认识橡胶对太赫兹波的响应机制提供了科学依据,有望为橡胶材料鉴别提供一种有效的分析手段。     

太赫兹技术对营养品中蛋白质含量的研究

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)和红外光谱分析技术,研究了3种奶粉、杏仁粉和白砂糖的光学性能和光谱特性。通过对比样品在1658 cm-1和1747 cm-1处的红外光谱吸收峰,可以判定蛋白质和脂肪含量的差别。对比样品在THz波段的吸收系数和折射率,蛋白质含量较高的样品其吸收系数和折射率较高。观察样品的红外吸收峰强度和位置难以定量分析样品的蛋白质含量,但可以利用样品在THz波段的吸收系数与折射率有效地判定营养品中蛋白质的含量。实验结果表明蛋白质在太赫兹波段比在红外波段有更好的区分性,THz-TDS技术有望为营养品中蛋白质含量检测提供一种有效的分析手段。     

Time-resolved imaging of laser-induced refractive index changes in transparent media

We describe a method to visualize ultrafast laser-induced refractive index changes in transparent materials with a 310 fs impulse response and a submicrometer spatial resolution. The temporal profile of the laser excitation sequence can be arbitrarily set on the subpicosecond and picosecond time scales with a pulse shaping unit, allowing for complex laser excitation. Time-resolved phase contrast microscopy reveals the real part of the refractive index change and complementary time-resolved optical transmission microscopy measurements give access to the imaginary part of the refractive index in the irradiated region. A femtosecond laser source probes the complex refractive index changes from the excitation time up to 1 ns, and a frequency-doubled Nd:YAG laser emitting 1 ns duration pulses is employed for collecting data at longer time delays, when the evolution is slow. We demonstrate the performance of our setup by studying the energy relaxation in a fused silica sample after irradiation with a double pulse sequence. The excitation pulses are separated by 3 ps. Our results show two dimensional refractive index maps at different times from 200 fs to 100 μs after the laser excitation. On the subpicosecond time scale we have access to the spatial characteristics of the energy deposition into the sample. At longer times (800 ps), time-resolved phase contrast microscopy shows the appearance of a strong compression wave emitted from the excited region. On the microsecond time scale, we observe energy transfer outside the irradiated region.     

基于光纤弯曲损耗的矿用乳化液浓度检测方法研究

乳化液浓度对液压支架工作性能和使用寿命有重大影响。分析了现有的乳化液浓度检测方法,根据裸光纤弯曲损耗与折射率关系的理论分析,进行了裸光纤弯曲损耗和乳化液浓度关系的实验研究,提出了通过检测裸光纤的弯曲损耗来确定乳化液浓度的方法。设计了检测裸光纤在乳化液中弯曲损耗的检测装置,并对不同浓度乳化液与裸光纤弯曲损耗关系进行了实验研究。实验结果表明,采用裸光纤弯曲损耗法可以测出乳化液的折射率,再根据乳化液折射率与其浓度的对应关系,可以间接推算出被测乳化液浓度。最后,对基于光纤弯曲损耗折射原理的乳化液浓度在线检测方法进行了研究。     

表面粗糙材质的复折射率反演

由于目标偏振特性研究中表面粗糙材质的复折射率很难准确反演,本文对常用的Vimal-Milo反演法进行了改进。分析了粗糙表面的偏振二向反射特性,指出了Vimal-Milo法采用的"偏振度-角度相关"反演模式的不足。然后,提出了基于"相对偏振分量-角度相关"的反演方法 ,推导出复折射率的反演公式,并设计了对应的全局搜索算法。最后,利用绿漆及铝板的偏振特性测试数据,对提出的复折射率反演算法进行了验证,并基于此对偏振二向反射特性进行了正向推演验证。反演数据表明:使用本文提出的复折射率反演方法,表面粗糙铝板的复折射率的反演精度较Vimal-Milo法有了显著提高,实部和虚部与真值的误差均在±0.01以内,且评价因子小于0.07;推演数据表明:表面相对光滑的绿漆的偏振二向反射亮度的推演结果为Vimal-Milo法得到的均方根误差的1/5,与测试数据的误差在0.01以内。得到的结果证明本文所提复折射率反演方法可用于光滑及粗糙表面材质的复折射率反演。