应用Lambert-Beer定律计算红外烟幕透过率的误差问题

红外烟幕的光学性能测试一般依据Lambert Beer定律进行 ,但在烟幕的光学厚度较大时 ,按该定律计算烟幕的透过率会存在较大的误差。本文通过求解辐射传输方程得到烟幕透过率的精确解 ,将其与Lambert Beer定律的结果相对照 ,获得了用Lambert

基于Lambert-Beer定律修正血氧饱和度R值曲线

针对血氧模拟仪现有的R值曲线无法满足种类繁多的血氧仪计量检定需求,为解决血氧仪与模拟仪不兼容问题,提出一种基于Lambert-Beer定律的血氧饱和度测量模型的修正方法。在现有的检定装置上添加滤光介质,以实现在原有的测量模型上加一个修正值,从而对R值曲线进行修正。实验表明,通过添加滤光介质修正R值曲线,选择不同R值曲线检测血氧仪时均显示出正常的测量值,且示值重复性较小,符合国家计量检定规程要求,有效解决了血氧模拟仪与血氧仪之间的不兼容问题。

基于Lambert-Beer理论与人工神经网络的混合荧光粉发射光谱预测

针对由钇铝石榴石基、硅基氮氧化物和氮化物混合制备的三元高显色荧光粉体系,采用修正Lambert-Beer模型结合BP(back propagation,BP)人工神经网络的方法实现了任意比例混合荧光粉体系的发射光谱预测。首先,通过修正Lambert-Beer模型计算出3种荧光粉以任意比例混合后的发射光谱比例系数;其次,采用BP人工神经网络对比例系数进行训练和预测;最后,实现3种荧光粉混合后发射光谱的预测并通过实验测量验证。研究结果表明:比例系数预测值与理论计算值之间的误差可以控制在5%以内;通过BP神经网络预测的发射光谱图谱与试验测量图谱符合程度较好,两者的均方根误差RMSE和色度差异Δxy较小,平均值分别为0.019和0.0016。

Corneal collagen cross-linking in patients with keratoconus from the Dresden protocol to customized solutions:theoretical basis

Keratoconus is an ectatic condition characterized by gradual corneal thinning,corneal protrusion,progressive irregular astigmatism,corneal fibrosis,and visual impairment.The therapeutic options regarding improvement of visual function include glasses or soft contact lenses correction for initial stages,gas-permeable rigid contact lenses,scleral lenses,implantation of intrastromal corneal ring or corneal transplants for most advanced stages.In keratoconus cases showing disease progression corneal collagen crosslinking(CXL)has been proven to be an effective,minimally invasive and safe procedure.CXL consists of a photochemical reaction of corneal collagen by riboflavin stimulation with ultraviolet A radiation,resulting in stromal crosslinks formation.The aim of this review is to carry out an examination of CXL methods based on theoretical basis and mathematical models,from the original Dresden protocol to the most recent developments in the technique,reporting the changes proposed in the last 15y and examining the advantages and disadvantages of the various treatment protocols.Finally,the limits of non-standardized methods and the perspectives offered by a customization of the treatment are highlighted.

蒲公英中总黄酮的提取条件研究——“天然产物化学实验”课程实验设计

天然产物化学实验注重学生综合能力及创新能力的培养。通过实验设计,以蒲公英总黄酮为对象,结合紫外分光光度法探索不同条件对蒲公英总黄酮得率的影响,使学生掌握总黄酮提取和测定机理,从而夯实学生理论知识,提升学生解决天然产物提取复杂问题,强化知识运用能力。整个实验课程内容全面,操作简单,对培养学生科学探究、开拓创新的精神有很大帮助。

基于朗伯比尔定律/等厚干涉现象探究溶液吸光度与折射率的关系

基于培养具有创新意识和实践能力综合创新型人才的培养目标,大学物理实验项目需集合提高实践能力与思维能力的基础必做实验、提升创造力与科学素养的综合性选做实验和加强创新意识与综合素质的创新型拓展实验。本文章探讨了以光的等厚干涉实验为例结合朗伯比尔定律探索功能性材料吸光度与折射率的关系,将科研项目的成果转化为本科实验教学内容,提升大学物理实验的综合性与前沿性,激发学生对科学的向往之情,提升学生参加科研项目的积极性,提高学生多方面能力与素质。

智能光谱气体检测技术赋能石化工业安全低碳高端发展

石化工业安全和环保生产形势与监管法规对智能光谱气体泄漏检测技术的应用需求强烈。首先,对比归纳了传统气体检测技术与光谱气体检测技术的优缺点。其次,介绍了国内外智能光谱气体检测技术现状,并着重剖析了在国内石化工业已获得局部成功应用的红外热成像仪、多频红外气体检测成像仪、傅立叶变换红外气体检测仪、激光雷达气体检测成像仪和智能巡检机器人等基于智能光谱气体检测技术装备的检测原理、技术特点及适用范围。第三,分析了智能光谱气体检测技术在石油化工典型场景的应用案例。最后,对我国智能光谱气体检测技术的发展思路提出了建设性意见,并给出了“加速推进智能光谱气体检测技术的研发及推广应用能够为石化工业安全低碳高端发展赋能”的结论。

基于近红外漫射光谱的离体血氧测量技术研究

基于近红外漫射光谱技术(Near-Infrared Diffuse Optical Spectroscopy,NIRS)和修正的比尔朗伯定律(Modified Beer-LambertLaw,MBLL)提出了一种适用于离体血液的新型氧含量测量方法,同时开发了血氧实时监测系统以实现体外循环血氧参数的连续监测。NIRS利用脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白对两种波长近红外光吸收率的差异来计算组织的吸收和散射系数,朗伯-比尔定律是表征光强衰减与光子传输路径关系的数学表达式,将二者结合可估算血红蛋白的吸收系数;与传统的测量方式不同,本文所提出的透射式测量方法,通过双波长(660~904 nm)光源探头交替切换可获取多参数的光学信号,信号实时上传至采集界面(LabVIEW),经过对数化处理,并结合创新的血氧算法得到血液吸收系数、血氧饱和度与光信号的线性模型。为了验证本文研究方案的可行性,开展了液态仿体实验和离体血溶液实验,以滴入溶液墨水体积(仿体实验)和酵母溶液体积(血溶液实验)为变量,通过调控溶液浓度改变光密度变化幅度,证实二者均与光密度(DO)具有良好的线性关系(r^(2)>0.95,p<0.01)。本研究所提出的新型血氧测量方法和血氧实时监测系统适合于离体血液的血氧测量,数据准确可靠、重复稳定性好。

基于近红外光谱的三波长脑组织氧监测系统的研制

近20年来,近红外光谱技术因具有无创、实时等特点,被广泛用于人体监测。氧作为人体主要新陈代谢物质,在脑组织中消耗量最大,为防止患者治疗时出现脑组织氧降低而出现并发症,需要实时监测患者的脑组织血氧饱和度。目前临床使用的脑血氧无创检测设备大多采用双波长,在探测路径上其他物质会对测量结果产生误差,为此该研究基于近红外光谱无创监测脑血氧的基本原理,提出一种三波长探测光源的脑组织氧饱和度监测方法,并通过所搭建的系统进行初步验证,为后续的系统工程化奠定基础。

基于LabVIEW的朗伯-比尔定律仿真实验教学设计与实践

光电信息科学与工程是一个实践性较强的工科专业,而虚拟仿真实验作为一种新颖的教学方式,可以解决工科专业实验教学中许多“做不到”“做不好”“做不了”的问题。围绕“光谱分析与测试技术”课程中朗伯-比尔定律这一基本知识点,本文基于LabVIEW软件开展了虚拟仿真实验教学,同时针对教学过程存在的问题提出了相应改进措施,并对仿真实验教学效果和注意事项进行了讨论。教学实践表明,该仿真实验不仅可以加深学生对朗伯-比尔定律这一知识点的理解,并提升实践能力,还可以帮助学生初步建立科研探索能力,从而为后续课程的学习打下良好的基础。

透射式隧道火灾预警装置的光学设计研究

目的:针对目前我国隧道火灾预警装置存在的漏报问题,设计了一种基于光电技术的透射式隧道火灾预警装置。方法:设计了装置的光学结构及上位机软件,运用光学衰减片模拟大气消光验证装置的可靠性,并进行模拟烟雾测试实验。结果:连续两天的实验测试结果表明,衰减片测量曲线的线性度较高,k值的差别分别为1.84%和1.57%,试验系数R 2都接近于1且差距均为0.01%。验证装置性能后,在实验室环境下通过改变雾量大小模拟汽车尾气与火灾烟雾两种场景,人机交互界面运用Mann-Kendall趋势检验算法判断两种场景下的消光系数变化趋势。模拟实验结果表明,针对两种场景人机交互界面呈现了不同的预警状态,基本达到了设计的预警功能。结论:经过测试,该系统可以实现长期在线精准监测,具有成本低、预警及时、结构简单等优点,可广泛应用于铁路、公路隧道的火灾监测。

二氧化碳气体检测研究

在中国“碳达峰,碳中和”战略目标指引下,碳捕集、运输、利用和封存(CCUS)项目正逐渐开展。介绍了二氧化碳的理化特性,并分析了高浓度二氧化碳的危险性,给出二氧化碳气体检测的必要性、二氧化碳检测器设置的原则,阐述了国内外标准对二氧化碳检测及相关安全要求,红外吸收二氧化碳检测器的原理,并对比分析了不同检测器的内部结构,为二氧化碳检测器的选型提供了参考。

高精密红外探硫传感器的研究与设计

根据气体的红外吸收特性,SO2的特征吸收峰所在的波长与人体红外波长范围正好重叠。因此,红外硫探测器成为了敏感元件,国内生产的红外硫探测系统测量精度不够,进口红外硫探测系统很大程度对国内进行了技术封锁。基于此,该文采用非分光红外技术,针对当前高精密红外低硫传感器最重要信噪比影响源进行了研究,优化了光源驱动、红外气室恒温控制、信号采样与微弱信号处理电路设计等,完成了一套低硫探测装置的设计,经过测试,信号的噪声波动从原来的140 uV减小到50 uV左右,检出限达到0.01 ppm,实现了低硫检测领域的技术创新,该项目成果已经成功实现量产。

基于比尔朗伯定律的变分水平集模型

图像成像过程中,由于空气消光性的影响,获取的数字图像质量会退化,包括灰度不均,对比度下降等,给图像分割或者目标的识别带来困难.为解决此问题,本文提出了一个基于比尔朗伯光吸收定律的变分水平集模型以实现此类退化图像的分割和修正.首先基于比尔朗伯定律,将观测图像建模为一个退化场和真实图像的乘积.然后对退化场进行Markov随机场正则化,对真实图像实施分片Gaussian分布拟合建模,结合水平集函数正则项,建立变分水平集模型.最后采用结合梯度下降的交替迭代算法对模型进行数值求解.实验结果表明,本文模型可以很好地排除退化场的影响,得到满意的图像分割和修正效果.和几个经典的变分图像分割模型相比,本文模型展示出较好的实验效果,具有最优的JSI,DSI和VOE指标值.

多波长红外尿糖检测技术研究

糖尿病一直以来是人们关注的重点,尿糖是衡量糖尿病的关键指标,针对糖尿病的快速精准检测的迫切需求,研究多波长红外尿糖检测技术,推动近红外光谱技术应用于尿糖浓度的检测以及糖尿病的预防与诊断;选取吸收光谱特性与葡萄糖浓度变化相关性较好的近红外光源(940 nm、1150 nm、1310 nm、1550 nm),进行硬件选型、光学结构系统、信号探测电路以及软件设计,并进行光谱信息预处理以及浓度模型研究,最终配合上位机实现尿糖浓度的处理、存储和实时检测等功能;通过实验测试环节,检测得到了尿糖浓度值,并经过计算R^(2)=0.9928,误差不大于4.2%,验证了此检测技术具有出色的相关性、准确性;该技术研究最终证实了多波长红外尿糖检测的可行性以及稳定性,相比传统检测方法有较好的创新性,同时可以满足糖尿病快速准确检测的需求,保障了人们的健康安全,有利于推动近红外光谱应用于临床尿糖检测的进程。

烟幕干扰效能评价方法及质量消光系数的修正

干扰材料及烟幕是对抗精确制导武器最主要的无源干扰手段,是当前新一代无源干扰技术领域的研究热点;干扰材料、发烟装备、器材的发展离不开理论指导、科学试验和评价结果的支撑;从干扰效能评价方法和电磁波吸收的基本定律两个方面对干扰材料及烟幕干扰效能评价领域的研究现状、存在的主要问题和发展趋势进行了系统分析;指出目前3种主要的干扰效能评价方法对干扰材料、发烟装备、器材的发展提供了重要支撑;分析表明当前研究存在质量消光系数计算公式合理性存疑的问题,结合朗伯-比尔定律的推导得出了修正后的烟幕质量消光系数计算方法,使质量消光系数的计算结果更加精确;提出了烟幕中质量消光系数仅适用于均匀非散射烟幕体系这一限制条件,并提出了实现多种烟幕干扰效能评价结果相互验证的发展趋势。

基于透射式光电传感器的气泡检测装置设计

针对体外诊断仪器液路系统中气泡影响仪器性能的问题,基于透射式光电传感器,设计了适用于1.5 cm×2.5 cm规格的氟乙烯—乙烯共聚物(FEP)管和聚四氟乙烯(PTFE)管的气泡检测装置。依据朗伯—比尔定律,利用传感器输出的电压变化判定气泡是否存在。通过外围硬件电路和控制程序的开发,该装置实现了稳定的灯光报警功能和人机交互界面。实验结果表明:该装置能够检测流速500μL/s,等效体积约为5μL的气泡,实现了较高的检测精度。

基于CCD图像的粉尘浓度面维度分布测量方法

现有的粉尘监测装置受限于单一传感器及固定监测点,无法准确检测局部空间内的粉尘浓度,提出一种基于线激光辅助CCD图像的面维度粉尘浓度分布检测方法。在单个球型粒子的Mie散射理论上引入颗粒群光散射模型,建立了粉尘浓度与CCD像元接收光通量的理论模型,根据颗粒群光散射理论和Beer-Lambert衰减定律求解粉尘浓度分布,搭建自制监测实验平台验证其可行性。结果表明,粉尘的分布随时间推移而产生难以准确测量的多变性,在特定位置的PM2.5传感器测得粉尘浓度为687μg/m^(3),与文中方法计算所得的平均浓度3.85μg/m^(3)存在较大差异。

基于光学透射法的浓密机泥层高度检测

针对浓密机内部复杂环境下的泥层高度在线检测难题,提出了以浊度代替浓度,采用光学透射法以光强衰减来检测泥层高度的在线监测系统。基于朗伯比尔定律构建了高斯光束传播模型,描述了不同光程处的光斑大小、接收光强和矿浆浓度之间的关系,为光程设计、发光管发射角和接收管面积的选型提供了参考。同时提出了一种关键参数最优估计方法,以浊度的变化率来得到泥层高度。实验装置具有无需准直透镜聚焦、结构简单的优点。实验验证了模型和方法的可靠性,为浓密机泥层高度的实时监测提供了新的测量方式,可以达到提高运行效率、降低运行成本的目的。

一种水中六价铬便携式检测仪硬件系统的设计

六价铬是水质监测中重要的检测指标,对环境具有危害性。为检测水中六价铬的浓度,基于朗伯-比尔定律设计了一种水中六价铬便携式检测仪。对检测仪的工作原理和硬件系统结构进行了详细介绍,并使用该检测仪开展了水中六价铬浓度的检测实验。实验结果表明,该六价铬便携式检测仪能够快速、可靠、准确地检测出水中六价铬的浓度。