赵友全:原创是舌尖上的中国——寄语第11届科学仪器网络原创作品大赛

古语有云：“工欲善其事必先利其器”,这里的主人是工,工匠的工;器不利也,指干事情效率不高。所以工匠利器,在上山之前先磨刀使变锋利。今日分析测试工程师作为重国大器执耳之人,不仅在仪器分析之时需要一丝不苟,严格按照标准方法要求和步骤开展工作.

构建改进RT-DETR算法检测隐形眼镜环状波纹缺陷

环状波纹是隐形眼镜制造过程中水凝胶材料分布不均匀造成的、在镜体边沿向内环形收缩的表面缺陷,因在投影检测中难以发现而造成产品质量不良,环状波纹缺陷检测是隐形眼镜产品制造的技术难题之一。本文根据该缺陷特征,搭建了圆环光源照明成像系统,采集了环状波纹缺陷图像模型数据库,引入了一种基于改进RT-DETR的隐形眼镜环状波纹缺陷轻量级检测算法。首先,将RT-DETR原始ResNet18主干提取网络中的BasicBlock替换为轻量级FasterNetBlock。然后,在RT-DETR的Neck部分加入SimAM三通道注意力机制,提高模型的准确度。最后,将GIoU替换为MPDIoU损失函数加快收敛速度,提高检测精度。实验结果表明,相比于原始的RT-DETR算法,改进后的RT-DETR算法在隐形眼镜环状波纹数据库上的mAP@0.5达到了94%,提高了3.1%,Params和FLOPs相比于原始的算法分别降低了15.6%和13%。该算法极大地减小了计算量,有效提高了隐形眼镜环状波纹缺陷的均值平均精度,有望突破隐形眼镜环状波纹缺陷在线检测的技术难题。

全自动蒸馏-流动分析仪联用测定木薯粉中氰化物

为更加高效地测定食品中的氰化物,该试验建立全自动智能化水蒸气蒸馏仪(automatic intelligent steam distillation,AISD)和氰化物连续流动分析仪联用法测定木薯粉中氰化物含量的方法。结果表明:在0~200μg/L的氰化物浓度范围内,该方法线性度良好,相关系数为0.999 5。当选择样品为5 g、蒸馏后定容体积为50 m L时,木薯粉样品中氰化物的方法检出限(信噪比S/N=3)为0.013 mg/kg,定量限(信噪比S/N=10)为0.043 mg/kg。该方法精密度(relative standard deviation,RSD)为2.5%~6.7%,加标回收率为93.72%~103.33%。与GB 5009.36—2016《食品安全国家标准食品中氰化物的测定》中的第一法进行对比,配对t检验的结果为t=2.233 27,p=0.075 85(p>0.05),说明在0.05水平下,该方法与GB 5009.36—2016没有显著性差异。该方法重复性好、准确度高、分析速度快、耗时短。因此,可以用于批量检测木薯粉中氰化物。

基于紫外光谱法的水质化学需氧量在线检测技术

化学需氧量(COD)是水质有机物污染的代表性指标,也是水质监测的必测项目之一。基于紫外光谱法直接测定COD是一种无需化学试剂、无样品前处理、无二次污染的绿色检测技术。本文详细论述了紫外光谱法的检测原理,研制开发了基于此技术的COD在线监测仪器。通过国家标准规定的邻苯二甲酸氢钾标准溶液实验与针对实际水样的检测实验,紫外吸光度与水质COD之间的线性度达0.99,将检测COD值与真实COD值进行配对T检验,二者无显著性差异,且检测技术具有快速、无试剂和重复性好的优点。

叶绿素荧光检测技术及仪器的研究

湖泊水华的爆发给人们日常生活和生产带来很大的危害,水体富营养化、水中浮游植物和藻类的大量繁殖是产生水华的主要原因。水中叶绿素可作为水体营养的跟踪指示器,快速检测水中的叶绿素含量可以预警水体营养程度和水质污染。基于叶绿素荧光的光谱特征,提出了一种可快速现场用的水体营养检测技术、研制了叶绿素荧光检测仪器,通过现场实验跟踪监测了天津大学敬业湖水体在春夏之交的浮游植物含量的分布、生长和气候变化的影响。

基于光谱分析的紫外水质检测技术

提供了一种基于紫外可见光谱的水质检测系统,各水样吸光度与COD线性拟合R2均大于0.99,单次测量在1s内。同时提出了光谱直接对比和归一化分析方法以及对应的指标参数。通过对大量的邻苯二甲酸氢钾标准溶液和实际水样的实验验证,采用这些光谱分析方法可将水样进行归类,从数据库中寻找适合待测水体的数学模型,进而提高紫外水质检测技术的泛化能力,同时还能得到其他水质指数。

基于PCA的水质紫外吸收光谱分析模型研究

利用紫外光谱分析水中有机污染物已成为水质实时在线监测的重要方法之一,水样组分复杂且不稳定是影响其测量结果的主要因素。利用主成分分析法(PCA)结合欧氏距离分析水样紫外吸收光谱,对水样分类,效果良好。分别用主成分分析结合偏最小二乘法回归(PCA-PLSR)和直接利用多波长吸光度结合偏最小二乘法回归(MWA-PLSR)建立分析模型,并对比分析了不同浓度的COD标准液的实验数据。结果表明,采用第一、二主成分作为回归参数的PLSR模型的测量误差在5%以内,偏差最小。利用本文方法可同时实现水样分类和水质参数的精确定量。

脉冲氙灯放电过程分析与实验测定

脉冲氙灯是一种新型光源,利用量子理论以及气体放电理论分析了脉冲氙灯放电过程,设计了放电测试系统,实验测定了放电过程中的电压、电流和光脉冲信号。结果表明:在预电离阶段自由电子浓度较低,能量较低;气体放电阶段灯内形成电子崩,使得自由电子浓度的增大,放电电流迅速上升,电压下降;离子复合时释放出光子形成光脉冲,氙灯脉冲的光能量输出和光谱特性与复合电子能量、氙气复合能级相关,而当输入能量与氙灯的能耗不一致的时候,将导致充电电容反复充放电,而使电路产生振荡。对于分析脉冲氙灯放电过程,优化放电回路参数设计和脉冲氙灯的生产具有重要意义。

线阵CCD光电响应非线性特性测定与分析

线阵CCD广泛用于弱光的检测,但设置不当容易使器件工作进入非线性区。本文就其光电响应的两个因数—光强和积分时间,分别设计了实验并验证了CCD工作的非线性效应。利用LED的光通量—电流响应特性,研究了用LED发光来测定CCD输出与光强之间的关系;用标准灯照明,通过改变积分时间研究CCD输出与积分时间之间的关系。观察两个实验结果,采用晶体管模型来分析CCD的光电响应特性,分别对线性区和非线性区做了对比。结果表明,线阵CCD的非线性效应明显,实际应用中应充分利用其优异的线性响应特性。

一种新型便携式甲霜灵胶体金试纸条显色分析仪的研制

甲霜灵胶体金试纸条用于现场快速检测进出口蔬菜甲霜灵农药残留量。在对试纸条光谱测量分析的基础上,研制出一种基于图像测量的便携式甲霜灵试纸条显色分析仪器,该仪器集成了样品滴定、定时检测、显色度分析、身份认证等多种功能,实现了试纸条的自动检测、显色度数值分析和数据存储。实验测定了浓度为2-50 ng/mL的标准浓度甲霜灵农药滴定的试纸条,结果表明,浓度〈40 ng/mL时,显色度与浓度线性相关,而浓度〉40 ng/mL时,显色度差异不明显。

激光医学中热响应的遥测技术研究

采用辐射温度测量技术实现了激光与生物组织热响应的无损监测.便携式红外辐射监测仪内置LD红光指示和对准音提示,在距离红外透镜25mm处最小物面孔径为2.5mm.靶点组织的温升变化是激光输出参量和被测生物组织自身的光、热物理特性的综合反映,与可能产生的疗效密切相关.实验记录了单个红宝石激光脉冲、连续CO2激光作用下多种组织的热响应过程,从辐照时间、温升峰值、上升时间等角度讨论了不同组织、不同条件下组织热响应的差异.

非标准光源在颜色测量中的差异性分析

不同光源因光谱功率分布差异,具有不同色温、显色指数,测色差异很大。D65标准光源最接近日光光色,是国际照明委员会(CIE)推荐测色标准光源。但其价格昂贵、工作条件苛刻且不易得,实际测色中常用非标准光源代替。为了研究非标准光源的测色差异,设计了一套溶液比色系统,分别采用高压脉冲氙灯、LED灯、卤钨灯作为光源,亚硝酸盐显色实验为基础,以色度学原理计算3种光源的测色差异。结果显示,氙灯、LED灯光谱分布较为均匀,色度坐标接近等能白光E(0.33,0.33),测色比较接近真实颜色,而卤钨灯测色误差较大。氙灯与LED灯在L~*a~*b~*空间测色平均色差ΔE_(ab)在10NBS以内,两者与卤钨灯测色平均色差ΔE_(ab)在20NBS以上。

水中油浓度在线检测方法的研究

石油的开采和运输过程中时常伴随着石油的泄漏和污染,当前矿物油的泄漏问题日益严重,已经引起了人们的高度关注。水中油类物质会破坏水体的生态平衡,漂浮在水面以油膜形式存在的油会影响空气和水的气体交换,危害水生物的生存。分散于水中以乳化状态存在的油被微生物分解时,将消耗水中的溶氧,容易使水质进一步恶化。因此,对于水中油类污染物含量的检测显得尤为重要。水中油类物质含量的在线检测是一个技术难题,目前水中油的检测技术以红外分光光度法、紫外荧光法和气相色谱法为主,难以满足水中油在线检测的要求。本文提出了一种新型的水中油类物质含量的在线检测方法,创造性地将颗粒光散射技术引入到水中含油量的在线分析领域。通过分析油滴颗粒在空间中的光散射分布,建立了散射信号与含油量之间的相关关系,实验证明,光散射法与红外分光光度法测定的结果一致,相关系数R2>0.98。光散射法具有快速、无污染的优点,可用于海洋、河流等水体中油类污染的在线检测。

石油馏分荧光光谱等高线特征谱分析研究

相对色谱或色质联用分析,荧光分析法具有灵敏度高、选择性好、取样量少、分析结果快速等优点。三维荧光光谱是有机物种类鉴别领域的新技术,可应用于石油馏分的分类,且具有准备过程简单、信息量丰富和费用低的优点。分析了柴油、汽油、混合油3类石油馏分的三维荧光光谱特征,应用图像信息统计原理,提出了基于三维荧光等高线特征谱分析技术的一种新方法,研究了同一馏分和不同馏分之间特征谱的相关特性,并给出了利用等高线特征谱相关系数鉴别油品的新方法,对3类馏分的分析结果表明,此方法数据客观,识别结果准确。

微型涡流电导率测量传感器的优化设计

电导率是金属材料的重要物理量,电导率能有效的反映出金属的力学性能、热处理状态和腐蚀状态等参数,特别是在航天航空飞行器中,飞行器材料的电导率反映出的金属疲劳程度对于保证飞行器的安全极其重要。无损涡流检测技术对于有色金属电导率有很好的响应。阐述了涡流电导率传感器设计原理,以电磁场理论为基础,以阻抗平面相位法为主要方法,对涡流电导率传感器的结构和参数进行设计和优化,并用CIVA进行了软件仿真和金属样本的实验验证。实验结果表明,实现了高精度,高稳定性的无损涡流电导率测量。

近红外散射法测定水中矿物油含量研究

海洋矿物油污染事故的危害评估和责任追究,要求实时、在线的水中油类含量检测、监测数据依据。在总结各种水中油检测技术基础上,提出了一种基于Mie散射原理的油污染快速检测方法。采用激光粒度仪测定了柴油、原油的油滴粒径分布;利用分布散射光检测技术对柴油、原油水溶液进行实验,分别测定了0～30mg.L-1油水样本,其线性系数均可达r2>0.99。此方法可为水中微量矿物油的在线监测提供一种新设备。

鲜红斑痣光谱测定系统与临床实验

对进行激光治疗的鲜红斑痣患者的皮肤进行光谱定量分析,有利于正确分析患者病变皮肤的光学特性、调整手术设备的工作参数和提高激光治疗的效果。基于对鲜红斑痣形成机理分析及激光临床治疗过程观察,文章建立了一套自动数据采集和分析的光谱系统,可以用于测定鲜红斑痣皮肤微区在380～780nm范围内的光谱,光谱分辨率为1nm。实验可测定不同年龄、不同色素痣的光谱曲线,分析并讨论了影响系统工作的原因和解决方法。

基于生物组织光场测量的光场分度仪的研制

本文设计了测定组织光场的光场分度仪 ,它通过光电探测器围绕样本作圆周运动 ,简单、快速地获取其光学传播信息。完成了人体皮肤、疤痕、甲状腺、甲状腺包膜等组织切片光场的实验测定和分析。

高性能脉冲氙灯放电过程分析及实验研究

脉冲氙灯是一种新型分析仪器光源,本文利用量子理论以及气体放电理论分析了脉冲氙灯放电过程,设计了放电测试系统,实验测定了放电过程中的电压、电流和光脉冲信号。结果表明:在预电离阶段自由电子浓度较低,能量较低;气体放电阶段灯内形成电子崩,使得自由电子浓度的增大,放电电流迅速上升,电压下降;离子复合时释放出光子形成光脉冲。氙灯脉冲的光能量输出和光谱特性与复合电子能量、氙气复合能级有直接关系,当输入能量与氙灯的能耗不一致的时候,将导致充电电容反复充放电而是电路产生阻尼振荡。本文对于理解脉冲氙灯的闪烁光发射过程,优化放电回路设计和氙灯制造具有重要意义。

生物组织光学特性参数及其描述

本文比较全面而详尽的讨论了生物组织的光学特性参数 ,其中包括吸收系数、散射系数、各向异性因子 ,以及由它们导出的总衰减系数、有效透射深度等。很好地理解这些光学特性参数 ,对组织光学特性的理论分析、实验测量 ,以及对激光医学理论和临床应用是必不可少的。