基于光纤侧边抛磨技术的醋酸浓度光纤传感器

演示了两种利用光纤侧边抛磨技术制备的用于醋酸浓度检测的光纤传感器。其中一种光纤传感器采用轮式抛磨法对光纤光栅的光栅区包层进行侧边抛磨加工而成,将醋酸溶液覆盖于光纤光栅的抛磨区,利用侧边抛磨光纤光栅反射峰波长的变化对醋酸浓度进行测量;另一种光纤传感器采用轮式抛磨法对普通单模光纤包层进行侧边抛磨加工而成,将醋酸溶液覆盖于光纤抛磨区,利用抛磨光纤插入损耗的变化对醋酸浓度进行测量。两种光纤传感器的实验都表明:光纤包层抛磨表面与纤芯的距离越小,测量分辨率越高。剩余包层厚度为0μm的侧边抛磨光纤光栅传感器测量醋酸溶液浓度分辨率为6.67%;剩余包层厚度为0.5μm的侧边抛磨光纤传感器测量醋酸溶液浓度分辨率为0.55%。

用于地沟油快速检测的光纤传感器

基于侧边抛磨光纤倏逝波原理,研制出的地沟油和食用植物油快速检验和测定的光纤传感器。该传感器是在光源稳定的情况下,用地沟油和食用植物油分别完全覆盖侧边抛磨光纤抛磨区,用光功率计测量侧边抛磨光纤出射光功率。实验表明,在常温下(25℃),将地沟油和食用植物油分别完全覆盖抛磨区,造成的输出光功率衰减值相差5～20 dB,可以有效的检验出地沟油。这种新的传感器具有可携带、分辨率较高、响应迅速、检测时间短、成本低廉等优点,易于推广和应用。

角度扫描型SPR传感器在免疫反应检测中的数据处理研究

表面等离子体共振(SPR)传感器广泛应用于生物分子的免疫反应检测。针对自行研制的角度扫描型SPR传感器,根据Langumair模型开发了动力学检测和动力学数据分析软件系统,提出了一种采用多项式拟合和质心法相结合的数据处理方法,该方法可有效抑制免疫反应检测过程中噪声、环境温度和机械振动等对SPR共振角测量的干扰。检测小鼠抗原、抗体免疫反应动力学,求出其结合速率常数ka≈2.05×104 M-s-、解离速率常数kd≈0.005 s-,验证了该装置和数据处理方法的可行性。该方法能有效提高角度扫描型表面等离子体共振传感器的精度和抗干扰能力,具有良好的应用和推广价值。

基于无线光传输的高速旋转体信息采集系统

高速旋转体工作状态的信息采集与高速传输是大型精密旋转机械(发电机、高级印刷机等)研制过程急需的检测监控手段。为了突破传统技术传输速度慢,环境适应能力差的限制,研究了无线光传输技术。利用单片机MPS430的低功耗信号处理与控制技术,完成高速旋转体的数据采集、编码、通信等功能;利用LED将信息以光通信的方式传输到固定的接收设备。研究了三机系统的通信链接方式,采用双中断的技术来解决时序冲突难题。为了保证传输数据的高速和有效性,设计了时分复用光传输信道的数据帧格式。系统实现了旋转端与固定端之间75cm距离,高达1Mb/s的瞬态传输数据速率,并在恶劣环境下获得理想的参数检测与传输效果。

新型高灵敏度微纳光纤应变传感器

本文使用火焰熔融拉锥的方法,通过控制火焰的高度及拉锥速度,成功制备了具有微拱型渐变区的新型微纳光纤器件。理论计算表明,微拱型渐变区有利于激发出强度相当的高阶微纳光纤传输模式,从而增加了传输光谱中由模间干涉导致的透射谷的深度。实验表明,该新型微纳光纤器件透射谷深度达到18 d B,当轴向应变量增加时,透射谷向短波长方向移动,轴向应变灵敏度为-13.1 pm/με,比光纤光栅应变传感器提高一个数量级,是传统直线型微纳光纤灵敏度的3倍,线性度为99.15%。这种具有微拱型渐变区的微纳光纤器件具有灵敏度高、机械性能好以及便于与现有光纤系统集成等优点。并且结构简单,易于制备,可广泛应用于各种物理、化学和生物传感和探测领域。

基于聚苯胺纳米纤维复合膜界面构建电化学细胞传感器及其对癌细胞的识别检测

合成了聚苯胺纳米纤维,直径在50～70 nm之间;基于静电作用构建聚苯胺纳米纤维-纳米金复合膜界面,并在此界面上层层组装修饰叶酸分子,构建叶酸功能化传感界面,基于叶酸分子与癌细胞表面过量表达的叶酸受体之间的特异性识别作用,将此传感界面应用于对癌细胞的识别和捕获。结果表明:叶酸功能化传感界面能够特异性识别和捕获叶酸受体过量表达的癌细胞。采用电化学阻抗技术,以HeLa细胞为模型,应用于对癌细胞的识别和检测,细胞在1.0×104～6.4×106cells/mL浓度范围内与阻抗变化值ΔRct呈良好的线性关系;检出限为2000 cells/mL。本方法简单、快速灵敏、重现性和稳定性良好;制备的传感器可以再生使用。

基于侧边抛磨光纤传感器的混合液晶薄膜光折变特性研究

利用侧边抛磨光纤(SPF)传感器抛磨区对外界折射率敏感的特性,研究了混合有偶氮苯(AZO)和手征材料(ZLI811)的液晶混合物薄膜在紫外光照射下产生的光折变效应。将液晶、AZO和ZLI811等3种材料的混合物涂覆在经过标定的SPF传感器的抛磨区上,制备成混合物薄膜。用UV光照射光敏薄膜导致SPF中传输光功率改变。实验表明:混合物薄膜在UV光照射下有光敏特性,会产生折射率变化,其折射率从1.474变到1.470。这表明此光敏薄膜材料是负光折变材料。这种光敏薄膜材料可应用于制作新型全光纤光控器件和传感器。

白光LED室内可见光通信的关键技术

可见光通信是一项新兴基于白光LED的无线光通信技术,具有发射功率高、不占用无线电频谱、无电磁干扰、无电磁辐射和节约能源等优点,能够同时实现照明和通信的双重功能。阐述了可见光通信技术的发展动态,介绍基于白光LED的室内可见光通信系统,并对提高系统整体性能的若干关键技术进行了研究讨论,为白光LED室内可见光通信系统进一步研究提供依据。

40G/100G以太网关键技术的研究与应用

分析了40G、100G高速以太网的体系结构特征及它们相对于10G以太网的改进,研究了实现40G/100G的关键技术——多通道分发(MLD)机制。以高速以太网为核心,提出了四种可分别应用在数据中心、政府部门、大客户专线、远程医疗的网络方案设计,可为将来高速以太网系统的部署提供参考。

全光纤电流互感器的调制相位扰动补偿

为了提高全光纤电流互感器中的电流测量精度，针对正弦调制方案提出了一种改进的信号解调方法．首先给出了有效调制深度的表达式，分析了有效调制深度在实际工程应用中存在的3种外界干扰来源．为了克服这些干扰，采用高次谐波分量实时解出调制深度数值，以实现调制相位的扰动补偿．实验结果表明，被测电流在200．1500A范围时，改进的算法使系统的抗干扰性能提高了30倍，系统测量相对偏差维持在0．2％以下，满足高精度电流测量要求．

基于DLP Link的3D统一帧序光通信同步技术

主动快门式3D技术的关键在于左右眼帧序的同步,尤其在无线及多人观看的条件下,帧序同步仍存在着很多问题。提出了一种在DLP Link 3D投影显示平台上利用红外光通信实现统一帧序同步的解决方案,旨在进一步提高DLP Link主动快门3D技术的易用性和灵活性。

带抛磨过渡区的侧边抛磨光纤波导传输特性分析

根据侧边抛磨光纤实验结果,建立了带抛磨过渡区侧边抛磨光纤的三维光学波导模型,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤的光传输特性。带抛磨过渡区光纤波导模型的计算结果与实验吻合较好,此模型较好地反映了在侧边抛磨光纤中的光功率传输特性。计算分析表明,侧边抛磨区的长度对侧边抛磨光纤光传输特性有影响,但在抛磨区长度小于一定数值时,传输损耗并不随抛磨区长度的增加而单调增加。侧边抛磨光纤中,传输光由于抛磨过渡区的存在,光功率的衰减随包层剩余厚度的变化关系不是单调的,存在多值现象。侧边抛磨区覆盖物折射率对光传输特性的影响较大,特别是对光衰减影响很大。侧边抛磨区覆盖物宽度和高度的变化也使光功率传输损耗呈振荡变化。

Vis-NIR光谱模式识别结合SG平滑用于转基因甘蔗育种筛查

以Savitzky-Golay(SG)平滑筛选,主成分分析(PCA)分别结合有监督的线性判别分析(LDA)、无监督的系统聚类分析(HCA),应用于转基因甘蔗育种筛查的可见-近红外(Vis-NIR)无损检测。提出兼顾随机性、稳定性的定标、预测、检验框架;取田间种植处于伸长期甘蔗叶样品456个,具有Bt基因和Bar基因的转基因样品(阳)306个,非转基因样品(阴)150个;随机选取156个为检验集(阴性50、阳性106),余下为建模集(阴性100、阳性200,共300),建模集再随机划分为定标集(阴性50、阳性100,共150)、预测集(阴性50、阳性100,共150)共50次;扩充SG平滑点数,同时删除绝对值偏小的高阶导数模式,共264个平滑模式用于模型筛选;采用前3个主成分两两组合,再根据模型效果选出最优主成分组合;基于所有定标、预测集划分和SG平滑模式,建立SG-PCA-LDA和SG-PCA-HCA模型,根据平均预测效果优选参数,使模型具有稳定性;最后用检验集进行模型检验。经SG平滑后,PCA-LDA和PCA-HCA的建模精度、稳定性均显著改善;最优SG-PCA-LDA模型阳性、阴性样品检验识别率分别达到94.3%和96.0%;最优SG-PCA-HCA模型阳性、阴性样品检验识别率分别达到92.5%和98.0%。结果表明:Vis-NIR光谱模式识别结合SG平滑可用于转基因甘蔗叶的准确识别,提供了一种简便的转基因甘蔗育种筛查方法。

一种实现色温可调白光LED的方法研究

提出了利用暖白光、绿光、蓝光三种颜色的LED混合得到色温动态可调的白光LED的方法,并验证这一方法的可行性。选取色温为3 000K的暖白光LED与绿光、蓝光LED进行混色,可以得到色温大范围准确可调的白光LED,且改善了白光光源的显色性。

土壤总氮近红外光谱分析的波段优选

利用移动窗口偏最小二乘(MWPLS)和Savitzky-Golay(SG)平滑方法优选土壤总氮的近红外(NIR)光谱分析模型。从全部97个土壤样品中随机选出35个样品作为检验集;基于偏最小二乘交叉检验预测偏差(PLSPB),将余下62个样品划分为具有相似性的建模定标集(37个样品)、建模预测集(25个样品)。最优波段为1692～2138 nm,SG平滑的导数阶数(OD)、多项式次数(DP)、平滑点数(NSP)分别为0,6,69,PLS因子数为11,建模预测均方根偏差(M-RMSEP)、建模预测相关系数(M-RP)分别为0.015%,0.931,检验预测均方根偏差(V-RMSEP)、检验预测相关系数(V-RP)分别为0.018%,0.882。其结果可为设计专用NIR仪器提供有价值的参考。

基于红白蓝模式色温可调的LED照明系统

根据混色原理,证明了利用红光、正白光和蓝光三种颜色的LED混合实现色温调节的可行性。把色温可调白光LED照明系统分为五个模块,对五个模块进行设计和优化,实现了显色指数高、色温动态可调、光谱覆盖范围广、能适应不同时间、场所对色温可变要求的LED照明系统。

NIR光谱结合稳定等效MW-PLS方法用于高脂血症指标分析

基于稳定性、等效性对移动窗口偏最小二乘(MW-PLS)方法进行改进,应用于高脂血症指标总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)无试剂近红外光谱分析的波长优化。提出兼顾随机性、稳定性的定标、预测、检验框架。从全体人血清样品(阴性145、阳性158,共303)中,随机选取103个为检验集(阴性44、阳性59),余下为建模集(阴性101、阳性99,共200),再将建模集随机划分为定标集(阴性51、阳性49,共100)、预测集(阴性50、阳性50,共100)共50次;基于所有划分的平均预测效果优选模型参数,使得模型具有稳定性;采用样品优选的模型进行检验。TC,TG最优MW-PLS波段分别为1 556~1 852,1 542~1 866nm;为了解决由于材料性能、成本的因素对仪器分光系统设计的制约,提出等效模型集,并得到TC和TG等效模型集的唯一公共波段1 542~1 852nm。检验结果表明:采用最优MW-PLS波段,检验样品的TC和TG预测均方根误差(V_SEP)分别为0.177和0.100mmol L-1、相关系数(V_RP)分别为0.988和0.996,高脂血症的灵敏度、特异性分别为95.0%和90.5%;基于公共等效波段,TC和TG的V_SEP值分别为0.177和0.101mmol·L-1、V_RP值分别为0.988和0.996,灵敏度、特异性分别为92.7%和90.3%。结论:近红外光谱结合稳定等效MW-PLS方法提供了一种有潜力的大人群血脂检测工具。

便携式定量荧光免疫分析仪

介绍了一种基于荧光免疫与免疫层析技术原理，可对人体血液中C-反应蛋白浓度进行定量检测的便携式荧光免疫分析仪。仪器以MSP430F1611微处理器为主控芯片，配合光电检测模块、机械扫描模块和控制与信息处理模块实现对c一反应蛋白的定量检测。C-反应蛋白与荧光标记物发生免疫反应后聚集在试纸条的检测带上，仪器通过测量检测带上荧光物质的含量，参照标准浓度曲线就可计算出待测样本溶液的浓度。实验数据表明，该仪器C-反应蛋白浓度的线性检测范围为1．00～27．00mg／L，检测稳定性C．V值〈7．00％（2．00～20．00mg／L），最低检测浓度为0．36mg／L，技术指标达到临床检测的要求。

基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器

应用侧边抛磨光纤的倏逝波原理,用光电探测器对光纤侧边抛磨区出射光能进行监测,根据理论和实验分析光纤侧边抛磨区出射光能分布,将具有特殊U型侧边抛磨形状和适当抛磨深度的侧边抛磨光纤与光电探测器精密微封装,制成基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器。测试表明:此全光纤在线光功率监测器对光纤传输的光功率响应特性好,监测器光电转换效率可达200 mA/W以上。测试了器件的插入损耗、波长相关损耗、波长相关光电转换效率和偏振相关损耗等。其波长相关损耗和偏振相关损耗分别为0.3 dB(1 520 nm～1 620 nm)和0.07 dB(1 310nm)。此器件具有对光纤纤芯无破坏、光路中无插入元件、可与光纤系统直接熔接等诸多优点。

白光LED通信系统的噪声与干扰分析

阐述了背景可见光在噪声受限与干扰受限的白光LED通信系统中的影响。利用带通滤波器和光学设计以及噪声匹配等方法提高了作为噪声受限系统的接收机性能;采取带阻滤波器、副载波调制、增设滤波电容等措施,很好地抑制了干扰源对干扰受限系统的影响;提出了基于噪声与干扰双受限的白光LED通信接收机设计方案,根据该方案设计的白光LED通信系统已投入使用。