基于MySQL的LAMOST OFPS数据库设计

LAMOST是国家大型项目"大天区多目标光纤光谱望远镜"的简称.LAMOST建成后,将成为世界上最大视场兼最大口径的光学天文望远镜,可同时获取4000个天体的光谱,观测效率极高.LAMOST控制软件由多个系统协调构成,主要介绍光纤定位系统(OFPS)控制软件系统基于MySQL的数据库设计与开发.     

基于最小二乘支持向量机的辣椒可溶性固形物和维生素C含量近红外光谱检测

应用傅里叶变换近红外光谱技术实现了鲜辣椒中可溶性固形物(SSC)和维生素C(Vc)含量的快速无损检测。分别采用7种预处理方法对原始光谱进行处理后,建立了SSC和Vc预测的偏最小二乘法(PLS)模型。将利用最小二乘法(PLS)提取的主成分(PC)和蒙特卡罗无信息变量消除法(MC-UVE)提取的有效波长作为最小二乘支持向量机(LSSVM)的输入变量,分别建立了PC-LS-SVM和MC-UVE-LS-SVM模型,并与MC-UVE-PLS模型进行了比较。采用优化后的模型对27个预测集未知样品进行了预测。结果表明,对鲜辣椒中SSC含量预测最优的为MC-UVE-PLS模型,其预测集相关系数(rp)为0.971,预测集均方根误差(RMSEP)为0.382°Brix;对鲜辣椒中Vc含量预测最优的为MCUVE-LS-SVM模型,其rp为0.899,RMSEP为21.022mg/100g。研究结果表明:鲜辣椒中SSC和Vc的含量与近红外光谱具有显著的相关性。     

基于空芯光纤的复合双腔光纤法珀盐度传感器

为实现高灵敏度的盐度测量,提出了一种基于空芯光纤的单模光纤–空芯光纤–单模光纤(SMF-HCF-SMF)复合双腔光纤法珀(F-P)盐度传感器.该传感器通过精密切割结合光纤熔接技术制备,结构小巧,工艺简单.通过HCF段空气腔与SMF段介质腔所对应的反射光谱干涉信号的振幅之比对盐度进行测量,可以有效剔除光源功率起伏以及其他...     

近红外光谱结合极限学习机识别贮藏期的损伤猕猴桃

为了及时、准确地识别采摘后贮藏期间的损伤猕猴桃,降低果实腐烂及交叉感染带来的损失,采用近红外漫反射光谱技术结合极限学习机(ELM)建立了采摘后2℃冷藏下10天内的碰撞损伤猕猴桃、挤压损伤猕猴桃与无损猕猴桃的动态判别模型.分别比较了无信息变量消除法(UVE)与连续投影算法(SPA)结合UVE优选特征波数建模对简化模型、提高预测性能的影响.结果表明,碰撞损伤猕猴桃比挤压损伤猕猴桃更容易同无损猕猴桃区分开来,且随着贮藏时间的延长,损伤猕猴桃更容易被识别;UVE-SPA-ELM模型的判别效果最好,在采后贮藏10天内预测集中损伤猕猴桃和无损猕猴桃的总正确识别率为92.4％.该检测技术具有较高的检测精度和适用性,可用于快速、无损鉴别损伤猕猴桃.     

基于AOTF技术的光纤损耗光谱检测系统设计

提出了一种新型的基于声光可调滤光器(AOTF)的便携式光纤损耗光谱检测系统。建立了光纤损耗光谱检测的数学模型和检测系统总体结构。该系统利用声光可调滤光器的电可调谐特性,采用DSP进行智能化控制,实现对光纤中信号光的快速光谱扫描,测量出被测光纤对不同波长的信号光的衰减特性。最后给出了实验结果和讨论。     

光纤表面等离子体共振传感器理论仿真研究

为了考查光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,基于单层膜表面Snell反射公式,利用MatLab软件仿真研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,系统考查金膜厚度、待测介质介电常数以及入射到纤芯—金膜界面的入射角对反射光谱特性的影响.仿真结果表明:光纤SPR的共振波长随金膜厚度的增大而增大,随外界介质介电...     

光纤傅里叶变换光谱术在光纤光栅传感解调中的应用

介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理和光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的结构;基于光纤Mach-Zehnder干涉仪,采用傅里叶变换光谱算法对光纤Bragg光栅传感器的波长进行了解调。宽带光源发出的光经过光纤耦合器进入光纤Bragg光栅,其反射光由耦合器返回进入到FFTS中进行测量,FFTS的最高光谱分辨率达到0.05 cm-1,即在近红外1 550 nm波长处分辨率为0.012 nm。分别对光纤Bragg光栅的应变特性和温度特性进行了测量。测量显示:光纤Bragg光栅的应变灵敏度为0.833 pm/με,温度灵敏度为19.78 pm/℃。得到的结果表明FFTS系统具有高分辨率、大测量范围的特点,可满足光纤Bragg光栅传感器波长解调的需求。     

应用面阵CCD的优化光点定位方法

传统的灰度重心法是一种用于对称目标的亚像素定位算法,其计算精度不高而且抗噪声性能较差.提出一种隔离算法,将其边缘像素分离,然后对内部像素灰度进行均值化,从而有效抑制内部像素噪声.同时,利用数据误差理论对这种算法的误差进行分析.最后,通过基于大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)标定实验,验证了这种算法的正确性,并表明优化算法有较好的噪声抑制性能.     

适于土壤中农药检测的荧光光纤系统

提出了一种用于土壤中农药检测的光纤式荧光测量系统.研究了有机物分子发荧光的基本原理,分析了荧光法检测农药的可行性.基于光纤传感技术和荧光技术设计了测量系统,系统以脉冲氙灯为激发光源,以特制的光纤式锥形探头探测荧光,以小型平场光谱仪实现荧光分光,以高速数据采集模块实现荧光信号的采集转换.该系统一次曝光即可获得农药的荧光光谱.利用该系统实现了不同浓度西维因在土壤中的荧光光谱实验,考察了系统的工作曲线和最低检出限.实验结果表明,系统测得的荧光光谱清晰、分辨率高;在0.005～0.1 mg/kg范围内荧光强度和浓度基本呈线性关系;系统的最低检出限(LOD)可达0.005 mg/kg ,相对标准偏差(RSD)≤3%,能够满足土壤中农药检测的需要.     

基于LabVIEW和Web服务器的光纤气体传感器监控系统

光纤气体传感器作为本质安全的传感器,具有其独特的优势。传感器的光谱信号解调及数据远程传输是该传感器实用化的基础。基于Lab VIEW和Web服务器开发了一套光纤气体传感器的监控系统,实现了用户管理,传感器光谱信号采集、处理及气体浓度的信号解调等功能,并通过开发Web服务器实现了数据的远程监控。该系统为光纤气体传感器信号解调及工业现场远程实时监测和数据远程传输提出了一种实用方法。     

基于LabVIEW的光纤甲烷气体检测系统研究

基于比尔-朗伯(Beer-Lambert,B-L)定律研究了光谱吸收式光纤甲烷气体检测技术,采用谐波检测方法研究空芯光子光纤的甲烷气体检测技术提高精确度和灵敏度,并对检测过程中的温度、驱动电流因素进行优化。设计多间隙耦合空芯光子光纤气室进行空芯光子光纤的甲烷检测,提高了系统检测的灵敏度。利用LabVIEW软件进行虚拟仪器设计,进行甲烷浓度波形显示,构建基于LabVIEW的虚拟仪器的数据采集系统。实验结果表明甲烷浓度与检测信号呈现出良好的线性关系。     

光谱背景噪声对光纤法-珀应变传感系统测量精度影响研究

从理论上分析了光谱仪背景噪声对非本征型光纤法珀传感系统精度的影响,提出了 "去光谱背景噪声"和"重心复合法"相结合的改进离散腔长变换(DGT)算法,并进行了实验研究.理论分析和实验研究表明,对于采用DGT解调算法的传感系统,光谱仪背景噪声会引入幅值为12 微应变的周期性波动;实验结果还证明了改进算法能有效抑制这种周期性误差.     

基于上下文窗口中反向搜索的高光谱图像无损压缩

针对基于单波段预测的高光谱图像无损压缩压缩比低的问题,提出基于上下文窗口中反向搜索的高光谱图像无损压缩算法。首先,对待测像素设定上下文窗口,计算其预测参考值并进行反向搜索预测得到待测像素的候选预测值。然后,选取与预测参考值最接近的候选预测值作为待测像素的最终预测结果。最后,对预测残差图像进行一阶算术编码完成压缩过程。利用提出的算法对AVIRIS 1997高光谱图像进行了实验,结果显示,提出的算法通过对上下文窗口、等效系数和有效像素阈值的优化取值,使反向搜索预测的效果达到最好,经过算术编码器编码后,可以得到一个3.63倍的平均压缩比。该方法具有较低的算法复杂度和内存需求,优于当前已报道的基于单波段预测的其他各种高光谱图像无损压缩算法。     

用于微米球形颗粒超分辨尺度测量的背向弹性散射光谱的获取

背向弹性散射光谱法可用于研究生物细胞内部颗粒的结构组成,本文探讨了背向弹性散射光谱测量获取光谱的不同实验方法及其优缺点。针对微米量级的球形颗粒测量,基于实验分析比较了目前普遍使用的光纤探头测量和透镜系统测量这两种背向散射光谱获取方法的优缺点。研究表明,由于透镜系统获取光谱所对应的散射角有更明确的定义,故透镜系统获取光谱与Mie散射计算的互相关拟合系数(0.96)高于光纤探头优化条件下获取光谱的结果(0.93)。因此,在提取颗粒尺度精度要求较高时,应该选用透镜测量方法,并且采用滤波去噪声信号处理的手段来提高颗粒尺寸提取精度;而提取颗粒尺度精度要求不高时,光纤探头光谱获取方法具有简单易行的优点。     

基于改进 EMD 方法的 FBG 传感网络光谱基线校正研究

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中,由于环境条件导致的光谱信号基线漂移问题,本文提出一种基于改进经验模态分解(EMD)的光谱信号校正方法。用该方法对仿真数据处理,处理后光谱可通过设置阈值划分出各FBG反射峰区,验证了改进EMD方法的可行性。通过实验采集在光纤通路损耗及端面反射影响下、产生基线漂移情况的FBG传感网络光谱信号,并使用改进EMD法、小波软阈值法和惩罚最小二乘法进行实时的光谱校正处理,运用高斯非线性拟合法计算正常和校正后光谱的各FBG中心波长。结果显示,运用改进EMD法校正后计算的各FBG中心波长,传感信号存活率分别提高48.9%和61.6%,平均偏差和偏差标准差最小,分别为4.33、6.28和6.01、6.58 pm。该方法校正后的光谱信号能为物理量检测提供可靠信息。     

基于半导体激光短阵列的976 nm高功率光纤耦合模块

采用12只出射波长为976 nm的传导冷却半导体激光短阵列为发光单元,研制出了百瓦级高功率光纤耦合模块.首先,利用光束转换器(BTS)和柱透镜对每只半导体激光短阵列进行光束整形,使得快慢轴方向光束质量接近并且发散角相同;然后,应用空间合束技术将每6只半导体激光短阵列在垂直方向上叠加,形成一个激光组,并利用偏振分束器(PBS)将两个激光组偏振合束;最后利用优化设计的三片式聚焦镜将激光耦合到光纤中.实验结果表明:该光纤模块的连续输出激光功率可达418.9 W,光纤芯径仅为400 μm,数值孔径(NA)为0.22,由此可得到激光亮度为2.19 MW/(cm2·str).利用Matlab软件分析光纤出射的光束形貌为平顶分布,显示其适合用于金属材料的硬化和焊接等领域.最后测量了模块的光谱,电流从20 A增加到50 A时,激光的峰值波长漂移了6.8 nm,并且在50 A时光谱宽度为4.12nm,表明该光纤耦合模块散热良好.同其它类型激光器相比,本激光模块电光转换效率和出光功率高,适用于材料加工和泵浦光纤激光器等领域.     

光纤技术在分析仪器中的应用

近年来,光纤技术己渗入分析化学领域,研制出各种基于光纤的化学传感器和分析仪器.本文评述了光导纤维化学传感器(FOCS)和光纤分析仪器的进展与应用,包括:(1)用于多组分同时测定和远距离现场监测的各种新型光导纤维化学传感器;(2)光导纤维化学传感器的试剂固定方法;(3)各种光纤分析仪器,如光纤探头式比色计、光纤双波长光度滴定仪、光纤双光束分光光度计、光纤纸带分忻仪、光纤原子吸收光谱仪等,并讨论了它们的主要性能及应用.     

镀金属膜长周期光纤光栅的传感特性

本文基于耦合模理论, 建立了严格的四层金属膜理论模型, 探讨了镀金属膜长周期光纤光栅(Long-period fiber grating, LPFG)的温度、 应变及折射率特性, 以及镀膜参数对镀金属膜长周期光纤光栅光谱特性的影响.仿真结果表明, 长周期光纤光栅表面最优的金属膜厚度将引起表现等离子共振(Surface-plasmon resonance, SPR)特性, 这一特性将使得LPFG 对稳定及折射率都有较高的敏感性, 而对应变影响较小. 理论分析表明, 银膜厚度在0.8-1.2 nm 范围内时, 折射率敏感度达到最大值为42.402 6, 敏感度增加4.5%. 仿真结果为镀膜长周期光纤光栅的设计及参数优化提供了理论指导.     

原油含水率红外光谱测量的超稀疏表示方法

油水混合物的光谱分析方法已经成为当前油水两相流测量的研究热点。然而,传统的油水混合物光谱分析中,一般是通过主成分分析、连续投影算法等降维技术实现其光谱特征提取,所提取光谱数大多在10条以上,这使得油水两相测量光纤式传感器的制造成本很高且工程实现难度很大。为提高基于光谱分析的油水两相测量光纤式传感器的实用性,需要实现油水两相红外光谱的超稀疏表示。为此提出了油水混合物光谱自-互相关联合(self-cross correlation,SCC)的光谱超稀疏表示方法。为了验证方法的有效性,搭建了油水混合物红外光谱含水率测量实验装置,从SCC算法筛选出的6个波段中,根据实际生产工艺选择了1 050 nm和1 650 nm波段进行动态实验,实验结果表明,1 050 nm和1 650 nm波段对油和水的混合流型响应良好,且两者呈现出了显著的互相关性。显然,本文研究有助于提升工业光纤式传感器的使用性能。     

产品成熟度管理策略在协同设计中的研究与应用

为了确保产品在协同设计过程中信息的有效性和可控制性,提高产品开发效率及缩短研发周期,提出了一种面向协同设计的产品成熟度管理策略.首先,基于产品生命周期管理(PLM)理论探讨了产品成熟度的概念和适用性,给出了基于协同产品开发的产品成熟度定义;其次,在对产品成熟度分级定义的基础上,建立了面向协同设计的产品成熟度管理模型.最后,把成熟度管理策略融入到产品协同研发平台中,验证了该方法的有效性和可执行性.