基于远程拉曼光谱的物质检测研究

设计和建立轻型远程拉曼光谱探测系统,通过时域脉冲的发射源和数字延时电路实现拉曼信号同步采集,同时采用入瞳口径为50mm的伽利略望远光路增强拉曼信号的收集效率,并对易爆物质进行3m距离检测为例进行研究。其结果显示,系统具有非常高的信噪比、高分辨锐利的特征峰和快速检测能力,能应用于危险环境的识别和预警等方面。     

注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测技术

为了提高微量气体的拉曼散射强度,本文设计并搭建了注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测平台。半导体激光器(波长为638nm,功率为15mW)输出到由三块高反镜组成的V型增强腔中,结合注入锁定技术,腔内激光强度达到7.5 W,实现了500倍的增强效果。利用该实验平台对微量单一气体及其混合气体进行了拉曼检测,并根据拉曼特征谱峰选取原则及信噪比大于3的原则,确定了H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2的特征拉曼谱峰分别为4 156,2 143,1 388,2 918,2 955,1 344,1 975cm-1,最小检测极限分别为10.2,21.7,9.4,2.1,8.9,4.9,3.3Pa。腔增强拉曼光谱法可以实现微量同核双原子气体检测及利用单一波长激光的混合气体同时检测,具有替代气体检测传统光谱方法的潜力。     

连翘苷的共焦显微拉曼光谱与普通拉曼光谱

目的：分别采用共焦显微激光拉曼光谱仪和普通拉曼光谱仪测定连翘苷对照品固体粉末的拉曼图谱,对比两种仪器所获得的图谱,总结两种拉曼光谱的优缺点。方法：采用RM-1000型共焦显微激光拉曼光谱仪和国产某型号激光拉曼光谱仪检测连翘苷对照品粉末的拉曼谱图,对其拉曼图谱进行比较并对结果进行分析。结果：两种拉曼光谱中均显示出了连翘苷的主要拉曼特征峰,可以用于定性鉴别;普通拉曼光谱图未显示出连翘苷的指纹峰,且其拉曼峰强明显弱于共焦显微拉曼图谱。结论：采用共焦显微激光拉曼光谱仪用于连翘苷的定性研究比普通拉曼具有明显优势,可以用于中药有效成分的鉴别。     

基于光电倍增管的时间分辨激光诱导击穿光谱分析系统

基于光电倍增管(PMT)设计了光谱检测系统,采用多路模拟开关控制积分电路与激光脉冲同步光谱采集,可以精确控制延时时间和积分时间,实现了时间分辨的光谱采集。通过应用于激光诱导击穿光谱(LIBS)系统,对碳钢中C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu等元素采用时间分辨和连续积分两种模式采集光谱进行对比分析,可以有效地提升信噪比,并降低检出限,这为LIBS技术应用于微量元素分析提供了一种低成本实现方法,也为LIBS在各领域的推广应用提供了更多选择。     

用于原位状态下的激光拉曼光谱测试系统的研制

本文介绍了一种适合于表面结构研究的激光拉曼光谱原位测试系统,此系统由二个主要部分组成。其一是旋转光束装置,用于避免和减少激光束对所测样品表面的损伤.其二是原位石英拉曼样品池,它可以与气体处理系统连接,对样品进行原位的氧化,还原,反应及抽空等处理.本系统的突出特点是,在改善拉曼谱信噪比的同时,可进行真实状态下的各种原位激光拉曼光谱研究.     

拉曼特征峰提取在多组分混合溶液检测中的应用

拉曼光谱作为一种快速、无损检测技术受到越来越多的关注,已经广泛应用于食品安全监督、纺织纤维分析、危险品和毒品的检测、考古鉴定等多个领域。本文主要利用不同物质的拉曼光谱所具有的明显特征峰,提出了一种基于拉曼光谱特征峰提取的多组分混合溶液检测方法。该方法可以直接测得混合溶液的激光拉曼光谱,然后经过光谱预处理与特征峰提取、特征峰匹配的方法,能够定性的识别出混合溶液中的主要物质成分。利用甲醇、甲苯、丙酮、乙醇分别进行混合识别,从而验证了算法的有效性。实验结果表明,整个识别过程快速、有效,需要样品量少、无需前处理,测试过程对样品无损,不产生化学污染物,是对混合溶液检测的一种有效方法。     

激光拉曼光谱相似性测度方法

现代固体激光器、光谱仪技术和软件技术的进步使激光拉曼光谱快速进入实用阶段,并开始广泛地用于物质结构分析与鉴定。文章详细地阐述了拉曼光谱的基本原理,指出拉曼光谱的本质是可见/近红外光谱,重点对采用激光拉曼光谱进行物质鉴别分析时常用的三类相似性测度方法——距离测度、相似性函数和峰匹配作了深入的分析,并就各种方法的特点做了说明     

拉曼光谱法无损检验打印文件朱墨时序

打印字迹与印文形成先后顺序的检验是文件检验领域的难题之一,常见的显微镜检验法、机械法等检验方法,其检验结果易受检验人员的主观影响,准确率不够高,常常受到质疑。本文研究了运用Invia显微激光拉曼光谱仪对不同种类打印文件与不同种类印章盖印的样本进行检验,鉴别样本的朱墨时序。研究利用显微激光拉曼光谱测定朱墨时序样本中各部位的光谱,通过比对印字交叉部位与未交叉部位的字迹、印文的特征拉曼峰,判断打印文件的朱墨时序。实验结果表明,这是一种准确性高的无损检验方法,打印机的种类、印油种类、印油量及纸张对实验结果基本没有影响。直观的图谱及客观的数据更令人信服,对实践检验工作有重要指导意义。     

典型食用油的荧光光谱特性与拉曼光谱特性研究

本文结合激光诱导荧光技术和激光拉曼技术,建立了基于光谱分析的食用油快速分析系统,并利用此系统测量了多种油类样品的荧光光谱及拉曼光谱信号,结果表明,油类样品存在极为丰富的荧光信号和拉曼信号,不同种类的油类样品信号存在较大差异。因此,食用油的激光诱导荧光光谱和拉曼光谱可以作为食用油安全快速检测的一种依据,适于发展快速监测仪器。     

基于高波数拉曼光谱的口腔癌检测方法研究

目前口腔癌触诊检查依赖于医生经验,术中冰冻切片的检测方式为有创检测,准确性较低,为满足临床手术对口腔癌检测的实际需求,研究了基于高波数(2 400～4 000 cm~(-1))光纤激光拉曼光谱的口腔癌检测方法。研究光纤拉曼光谱实现口腔癌检测的原理,分析了主成分-线性判别分析(PCA-LDA)统计算法的可行性,搭建了便携口腔癌组织检测光纤拉曼系统,制备了口腔癌组织和正常组织病理切片,采集了口腔癌组织和正常组织的高波数拉曼光谱,利用PCA-LDA算法对光谱进行处理和分析。光谱分析结果表明,癌组织和正常组织的平均光谱在2 780、2 890、2 936、3 180、3 285、3 300、3 650 cm~(-1)有较大区别,利用PCA-LDA分析,对正常组织和口腔癌组织拉曼光谱进行降维分类,检测准确率为96.6%,与共聚焦显微拉曼光谱检测相比,提高了检测效率,较指纹拉曼光谱检测准确率提高约0.6%,研究表明高波数拉曼光谱结合统计学方法可以较好的区分正常组织和癌组织,有望成为一种高灵敏度,高时效性和高准确率的口腔癌检测方法,对术中口腔癌检测有重要意义。     

纳秒级激光脉冲展宽系统的分析及应用

建立了一种纳秒级多腔式激光脉冲扩展系统.通过激光脉冲展宽,该系统可以有效降低脉冲激光的峰值功率,从而在激光燃烧诊断实验中避免激光诱导等离子体的产生,减少背景干扰,有效提高信噪比.建立了理论模型,对影响脉冲展宽的分束比、腔长以及光学腔个数等几个主要参数进行了分析,并通过数值计算实现了各参数的优化.利用建立的多腔串联式激光...     

基于定镜动态准直的傅里叶变换拉曼光谱仪

本文介绍了一种基于定镜动态准直的傅里叶变换拉曼光谱仪。光谱仪采用了迈克尔逊干涉仪将拉曼光信号调制成干涉信号,通过计算机对干涉信号做快速傅里叶变换(FFT)得到拉曼光谱。为了克服干涉仪中动镜和定镜两面平面反射镜之间在运动过程中产生倾斜和振动,导致拉曼光谱调制度和信噪比降低,设计中采用了通过控制三个磁力线圈的磁场力的方式动态调整定镜的姿态实现动态准直。采用单晶硅材料作为样品对仪器性能进行测试,实验结果表明,该拉曼光谱仪的分辨率达到2 cm-1,测试硫的光谱和三氧化二锑的光谱的信噪比优于100:1。该仪器的设计和研发为我国未来同类仪器的创新发展做出有益探索。     

通过标气校验和支持向量机提高光谱保真度的应用

鉴于光谱分析仪在使用过程中会发生谱图微缓形变,造成光谱保真度下降,本文提出一种结合标气定期校验和最小二乘支持向量机(LS-SVM)的方法。在校验时,比较相同标准气体的当前光谱和出厂标定时的光谱,利用LS-SVM算法计算谱图形变,并根据形变分析结果进行复原。由于形变具有长期累积性和不可控性,所以用激光器驱动电流的可控性变化引起的谱图变化模拟形变。采用TDLAS技术实验,检测烯烃裂解炉清焦过程中的CO和CO_2,使用20m光程的Herriot气室和中心波长为1 580nm的DFB激光器。共采集了50组不同形变程度的光谱,根据LS-SVM算法的形变分析结果,利用插值法还原谱图。对比了该方法与不复原以及传统寻峰复原方法的气体浓度分析精度,发现当分析仪存在复杂形变时,利用LS-SVM算法和插值法复原的方法比传统的寻峰方法精度提高2～3倍。实验结果验证了LS-SVM算法的谱图形变分析能力以及插值法复原的有效性。     

小型高灵敏度水下拉曼光谱系统

为了使水下拉曼光谱系统更加易于搭载和布放,并进一步提高其探测能力,研制了一套探头式的小型高灵敏度水下拉曼光谱系统并对其探测能力进行了评估。通过优化结构设计和严格的器件选型,系统的体积和重量得到了有效的控制,其主体舱尺寸为Φ260mm×L795mm,重量为548N,仅为国际上报道的首台深海拉曼光谱系统(DORISS)质量的三分之一。将激光器从主体舱移至探头舱,有效避免了传统光学探头中激发光耦合进入光纤时产生的耦合损失以及激光在传输过程中引起的杂散光干扰。系统采用了300mW能量可调激光器配合高衍射效率的体相位全息光栅和半导体制冷CCD,有效提高了探测灵敏度。实验结果表明,系统对于硫酸根的检测限在0.4mmol·L-1以下,是DORISS探测能力的4倍,同时能够实现对水下矿石种类的原位鉴定。该深海拉曼光谱系统在海洋原位探测方面展现出了良好的应用前景。     

自适应滤波算法消除泥浆脉冲信号中的泵冲噪声

随钻测量系统中自适应噪声抵消器可根据泥浆脉冲信号的特点,运用自适应噪声抵消算法抑制噪声干扰,但同时也会抵消掉部分有用信号,影响后续解码的可靠性。在分析泥浆脉冲信号噪声干扰及自适应滤波算法的基础上,提出一种新的滤波算法,用自适应陷波器来降低主通道信号与参考信号的相关性,保护有用信号不被抵消,克服了以往单采用自适应噪声抵消器存在的最大弊端。实验结果表明,自适应陷波器、自适应噪声抵消器相配合的自适应滤波算法,能在任何信噪比情况下有效滤除泵冲噪声并保护有用信号的能量,简单可靠且适用性强,对提高泥浆脉冲信号的信噪比,降低随钻测量通信的误码率,具有较高的实用价值。     

小而精

采用脉冲固体激光器进行激光微型焊接为微型加工增加了新的用途和材料,电子工业中要求焊点直径小于150μm。微型焊接激光器的特点是稳定性高而脉冲能量小,通过扫描仪反射实现光束的快速定位。     

长度标准器超声清洗参数设计研究

针对提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)中等离子体的发射光谱强度的问题,提出一种在铜样品表面沉积金纳米颗粒的方法。在样品表面沉积纳米金颗粒后对铜进行激光诱导击穿(NELIBS),得到NELIBS和LIBS下的发射光谱强度增强因子、信噪比等参数。实验表明,通过在铜样品表面沉积金纳米颗粒的LIBS(NELIBS)可以有效增强等离子体辐射光谱信号强度,铜元素谱线增强因子最高可达8.01,微量元素镁元素谱线增强因子最高为6.01,且增强因子均随激光能量的增加而逐渐减小并趋于稳定;NELIBS可以明显改善信噪比,铜元素在激光脉冲能量为80 mJ时达到最优,镁元素在激光能量为50 mJ时达到最优。对谱线Cu I 521.8 nm和Mg II 279.569 nm进行洛伦兹拟合,并得到半高全宽,发现纳米金颗粒使谱线半高全宽增加,谱线Mg II 279.569 nm的半高全宽增加了165.58%,谱线Cu I 521.8 nm的半高全宽增加了30%。样品中的微量元素因谱线强度低、信噪比差而无法探测到,通过此方法可以有效提高探测能力。     

纳米金改善激光诱导等离子体探测方法研究

针对提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)中等离子体的发射光谱强度的问题,提出一种在铜样品表面沉积金纳米颗粒的方法。在样品表面沉积纳米金颗粒后对铜进行激光诱导击穿(NELIBS),得到NELIBS和LIBS下的发射光谱强度增强因子、信噪比等参数。实验表明,通过在铜样品表面沉积金纳米颗粒的LIBS(NELIBS)可以有效增强等离子体辐射光谱信号强度,铜元素谱线增强因子最高可达8.01,微量元素镁元素谱线增强因子最高为6.01,且增强因子均随激光能量的增加而逐渐减小并趋于稳定;NELIBS可以明显改善信噪比,铜元素在激光脉冲能量为80 mJ时达到最优,镁元素在激光能量为50 mJ时达到最优。对谱线Cu I 521.8 nm和Mg II 279.569 nm进行洛伦兹拟合,并得到半高全宽,发现纳米金颗粒使谱线半高全宽增加,谱线Mg II 279.569 nm的半高全宽增加了165.58%,谱线Cu I 521.8 nm的半高全宽增加了30%。样品中的微量元素因谱线强度低、信噪比差而无法探测到,通过此方法可以有效提高探测能力。     

关于共振拉曼精确测量的几个问题

共振拉曼的原理及其应用已有许多报导,本文对在测量中应注意的几个问题作介绍。在共振拉曼光谱中样品的吸收和噪声是精确测量共振拉曼光谱的主要障碍。在共振拉曼实验中用与样品吸收相当的激光频率来照射。彼样品吸收的能量以三种形式来影响共振拉曼光谱,使光谱减弱。(1)入射光和     

基于TDLAS的矿用激光甲烷传感器设计

为满足煤矿激光甲烷传感器的低功耗及抗电磁抗干扰的新要求,设计一种基于TDLAS原理的激光甲烷传感器,通过硬件电路设计增强传感器的电磁抗干扰能力,采用软件设计、逻辑控制、硬件设计结合的方式实现传感器的超低功耗。传感器通过国家检测中心检验,整机功耗仅为1.08 W;2级电磁辐射抗扰度、脉冲群抗扰度、浪涌(冲击)抗扰度实验,评价等级均为A级。该研究为矿用激光甲烷传感器的设计提供新的思路。