感应读出延时线阳极光子计数探测器研究

针对空间天文、生物荧光、光谱测量等领域对高灵敏、大面阵探测器的应用需求,研制出基于感应读出方式的延迟线阳极光子计数成像探测器。该探测器由微通道板、延时线阳极以及读出电路组成,其中延时线阳极的性能直接影响探测器的成像质量。作为一种电荷感应读出延时线阳极,该阳极利用信号到达的时间差解码入射光子的位置,可获得高的探测灵敏度和大的成像面积,同时简化了工艺难度并提升了可靠性。设计了感应读出延时线阳极,理论分析了探测器不同设计参数及材料对感应电荷量的影响,提出了解决异层电极间感应电荷量难以平衡的方法。据此研制出了收集面积为40 mm×40 mm的位敏阳极。测试结果表明该阳极信号传输衰减小于10%,极间串扰小于3%。利用该阳极进行了光子计数成像实验,获得了优于150μm的空间分辨率,为研制可应用于天文紫外光谱测量的大面阵、高灵敏探测器提供了理论依据及实验指导。

微弱光探测器光谱响应测量装置

为满足光子计数类型光电探测器光谱响应度的计量需求,建立了微弱光探测器光谱响应测量装置,其特点是可在pW级单色光功率水平下实现光谱比较测量。设计了可调式亮度源,与色散相减双光栅单色仪密闭耦合后实现了6个量级的功率可调单色光输出,可适用于不同光子探测器的线性工作区间,波长范围覆盖330~1 100 nm。设计的密闭准直光路使系统可在正常照明环境下工作,降低了实验环境要求。以集成fA级电流放大器的标准探测器为参考,实现被测光子探测器计数率在1×10^(6)个/s量级的光谱响应度测量。基于LabView编写了专用的控制及数据采集软件,实现了自动化测量。对系统的各项计量特性进行了实验,在330~1 100 nm波段内完成了光子探测器相对光谱响应度测量,相对扩展不确定度为(2.5~3.8)%,k=2。

基于频域分析的机载液压驱动装置疲劳寿命预测方法研究

目的 采用时域雨流法和4种频域振动疲劳分析方法对机载液压驱动装置的危险部位进行寿命预测及频域方法适用性研究。方法 首先通过有限元随机振动分析得到该结构耳片危险区域的应力PSD,计算的谱宽系数都集中在0.3~0.35,是窄带和宽带分界区域。然后运用4种典型的载荷谱估计模型,即三区间法、基于Dirlik雨流幅值经验模型、用于窄带过程的Rayleigh分布模型、Weibull分布模型,得到危险位置的疲劳寿命安全系数。接着将应力PSD映射为应力-时间序列,并基于雨流计数法得到疲劳寿命安全系数。最后以时域疲劳预测结果基准,对4种频域方法的适用性进行讨论。结果 预测结果显示,Dirlik方法预测的9个安全系数最为可靠,Rayleigh法结果一般,三区间法和Weibull法最差。结论 在窄带和宽带分界区域的谱宽系数,建议采用Dirlik方法,不建议采用三区间法和Weibull法。

扫描电子显微镜用X射线能谱仪在定量分析中的应用

扫描电子显微镜用X射线能谱仪分析是元素定量分析的重要手段。对X射线能谱仪定量分析的基本工作原理进行简述,并对X射线能谱仪的定量分析方式、提高定量分析结果准确性的方法,以及定量分析中常见的问题进行了探讨,为进一步提高能谱仪定量分析的准确性提供了一定的参考。

碳/碳复合材料加筋板结构热声疲劳应力计算与寿命预估

高超声速飞行器中大量使用复合材料薄壁结构,而高温强噪声的恶劣工作条件严重影响复合材料薄壁结构的耐久性和完整性。利用有限元方法计算两边固支碳/碳复合材料加筋板在不同温度和声压级下的振动响应,得到危险点的应力响应时间历程、应力均方根值与应力功率谱密度。使用优化的雨流循环计数法对碳/碳复合材料热声疲劳动应力响应进行循环计数,分析热噪声载荷下加筋板危险点的应力响应情况,并结合线性损伤累积理论和疲劳寿命曲线预估结构的疲劳寿命。将结果与国外热声疲劳试验结果进行对比,验证了所提方案计算仿真的正确性。

用EM算法改进鸟枪法蛋白质鉴定中的无标记定量方法

蛋白质定量是探索疾病发生发展状况和寻找新药靶标的重要手段。在shotgun蛋白组学中,目前常用定量方法包括综合同位素标记后的质谱峰强度方法和无标记定量方法。根据数据类型无标记定量方法可以分为两类:基于鉴定蛋白的质谱数的方法和基于质谱峰强度的方法。本研究主要用EM算法改进基于鉴定蛋白质谱数的定量方法,并用免疫印迹实验获得的酵母全蛋白的丰度来验证EM算法改进后定量的有效性结果表明,改进后的质谱数和蛋白丰度的相关性比改进前有一定的提高。同时,利用这些数据对主要的几种基于鉴定蛋白的质谱数的模型进行了比较,发现PAI模型最好,SpS模型次之,emPAI模型最不适合于蛋白质定量。

基于低能特征峰的自然伽玛能谱测井方法探讨及实践

提出了一种新的自然伽玛能谱测井的方法,该方法仅探测低能伽玛射线,选定214Bi的609.3keV和208Tl的583.2keV特征峰分别作为铀道和钍道的计数窗口。采用HPGe伽玛谱仪对测井模型进行实验测量,获得的铀道、钍道测井曲线效果很好,验证了该方法的可行性,表明基于HPGe探头的铀矿伽玛测井研究前景诱人。

松材线虫病变色松树遥感监测研究进展

[目的]综合评述了松材线虫病变色松树遥感监测的数据和方法研究进展,并就星-机-地多源遥感数据协同监测变色松树提出展望。[方法]通过分析松材线虫病染病松树的生理生态特征和冠层光谱,综述遥感数据的获取、基于遥感数据的变色松树解译方法,讨论当前松材线虫病变色松树遥感监测存在的主要问题,并指出未来可能的研究方向。[结果]不同的遥感监测平台对于变色松树的识别各具其优势,地面调查具有高可靠性优势、卫星遥感具有多时相优势、无人机遥感具有高空间分辨率和高灵活性优势。其中以无人机遥感和高分卫星遥感为主的遥感技术的发展,伴随着遥感图像解译算法和计算机软硬件的改进,为松材线虫病疫区变色松树的快速定位和计数提供了新的手段。但新手段在变色松树监测过程中还存在着监测手段单一,定位位置偏差大、识别精度和识别效率低等问题。[结论]未来随着卫星数量的增多和无人机影像获取成本的减少,从多源遥感影像上采用人工智能算法快速定位出单株变色松树和疫区变色松树的计数将成为新的模式。

涡街流量计在含气液体测量中的试验研究

在以水为连续相的流体里注入少量空气，空气为离散相，研究了涡街流量计在这种两相流条件下的测量特性。试验在直径为50mm的水平管道中进行，水的流量为6—12m3／h，注入的气体体积含气率为3％～15％。涡街流量计同时用谱分析以及脉冲计数对水流量进行测量，并且对两种不同测量方式进行了比较。通过对试验数据的处理，分析了不同的含气率对涡街流量计测量误差的影响。

典型Bloom过滤器的研究及其数据流应用

Bloom过滤器是一种空间高效但有一定假阳性的数据表示方法。该文分析比较计数型Bloom过滤器、光谱Bloom过滤器和动态计数过滤器的异同点及适用场合,介绍Bloom过滤器在重复项检测及频繁项挖掘中的应用,总结Bloom过滤器给数据流带来的挑战,包括元素突发问题及数据流相异元素数目变化问题。

基于光子计数探测器的能谱CT的研究

本文的目的是评估光子计数探测器对CT成像的性能的影响,我们对一款基于碲锌镉(CZT)的光子计数探测器进行了性能测试,并搭建一个成像平台。首先对探测器系统进行能量增益的校正以及坏像素点校正,以减少探测器响应的不均匀性对CT成像的影响。然后对探测器进行能量-阈值标定,以确定探测器的工作能量阈值。最终搭建成像系统,对X光能量分别大于36和45ke V的数据,获得了模体的重建结果,并对结果进行了分析。

基于MARS系统的X射线能谱K-edge特性CT成像技术

针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于鉴别材质的关键技术问题,基于MARS系统的X射线能谱CT,开展了X射线能谱K-edge特性的CT成像技术研究。通过对单一材质和混(复)合材质组成的物理模型的多个X射线能量段进行CT断层扫描,获得了材质的K-edge特性曲线,以此重建出了材质的CT图像。借助材质K-edge特性的CT断层图像,可以进行材质的鉴别分析或进行更多的材质认知信息的分析研究。与传统的X射线CT技术相比较,它可以提供更为丰富的X射线衰减信息。

基于X射线光子计数探测技术的材料K-edge特性识别实验研究

X射线光子计数探测器是多能谱CT成像技术的核心,其通过能量阈值可以选择记录不同能量的X射线光子,有助于分析不同材质的物理特性。利用搭建的基于光子计数探测器的多能谱CT系统,开展高纯度金属材料K-edge特性识别实验研究。通过设置探测器的不同能量阈值,在不同能量范围获取金属材料投影图像,利用投影图像灰度信息分析不同能量X射线的衰减特性,以识别金属材料K-edge特性。最终实验结果表明,基于光子计数探测器的X射线能谱CT系统,能够识别金属材料与特定能量X射线光子发生相互作用所表现出的K-edge特性。通过计算K-edge特征峰能量阈值与材料K-edge理论能量值之间的线性对应关系,对光子计数探测器的能量阈值进行了标定。

基于MARS系统的彩色CT图像重建

针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于区分材质细微差别的关键技术问题,基于MARS X射线能谱CT系统,开展了彩色CT成像技术研究。研究结果表明,对被碘溶液腐蚀的橡胶管和注射有新型造影剂(金纳米微粒)的小老鼠进行多个X射线能量段的CT断层扫描,提取和量化不同能量范围橡胶管投影数据和小老鼠的CT图像,重建出橡胶管彩色投影图像和小老鼠胸腔彩色CT图像,展现了橡胶管内部复杂结构及金纳米微粒主要集中于小老鼠胸腔上部血管的信息,显示了X射线能谱CT刻画物质信息的细微差别能力和呈现物质不同组成成分的能力。

在线近红外光谱系统快速检测整块鸡胸肉菌落总数含量

以整块鸡胸肉为研究对象,利用在线近红外光谱系统采集其900~1650 nm波长范围内的光谱信息,探究光谱信息与细菌菌落总数(Total Viable Count,TVC)之间的定量关系。对采集的原始光谱信息进行高斯滤波平滑(Gaussian Filter Smoothing,GFS)等五种预处理后,建立全波段偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)回归模型。采用回归系数法(Regression Coefficient,RC)和连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)筛选最优波长,构建优化的PLS模型和多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)模型。结果表明,基于全波段GFS光谱构建的GFS-PLS模型预测鸡胸肉TVC效果最佳(rP=0.964,RMSEP=0.806 lg CFU/g)。基于SPA法从GFS光谱中筛选出的25个最优波长(907.0、913.7、923.8、927.2、937.2、947.3、974.0、987.3、997.3、1007.3、1040.4、1080.1、1099.9、1132.9、1155.9、1185.5、1215.0、1241.2、1270.6、1358.2、1380.8、1403.3、1419.3、1578.9和1615.2 nm),建立的SPA-GFS-MLR模型预测性能(rP=0.944,RMSEP=1.022 lg CFU/g)最接近GFS-PLS模型。基于在线近红外光谱系统可实现对大批量整块鸡胸肉细菌总数含量的快速无接触检测。

应用随机寡核苷酸文库修饰磁性颗粒提高血浆蛋白质的鉴定覆盖度

基于随机寡核苷酸与蛋白质之间的离子、亲和、疏水、氢键等相互作用力及多种空间结构作用,发展了一种基于随机寡核苷酸文库作为配基的新型血浆样品处理方法。采用寡核苷酸文库修饰的磁性颗粒(MNP@ssDNA)材料,在生理缓冲体系条件下捕获血浆样品中的蛋白质。比较了两种洗脱体系的洗脱效果,并利用nano-RPLC-ESIMS/MS对获得的蛋白质酶解液组分进行分析。结果表明,MNP@ssDNA材料处理后的血浆蛋白质鉴定数量提升了约29.5%,两种洗脱体系呈现良好的互补性(26.7%)。血浆中前10种高丰度蛋白质的谱图占有率从处理前的31.82%降低到21.31%(洗脱体系1)和26.20%(洗脱体系2)。在鉴定到的蛋白质中,丰度最低的蛋白质在血浆中的质量浓度约为0.29 ng/mL,该蛋白质仅在MNP@ssDNA材料处理后被鉴定到。结果证明MNP@ssDNA策略不仅能有效降低血浆中高丰度蛋白质的丰度,也为低丰度蛋白质的深度挖掘提供了新的思路。

基于分形特征的云雾遥感图像分离方法

雾是一种气象灾害,将雾从卫星云图上分离出来仍非易事。分数维给予图像纹理统计意义的描述,有效地体现了纹理的复杂度和粗糙度,揭示了纹理内在的自相似性,为云雾图像纹理分析提供了新的思路。简要阐述了纹理图像的差值盒维数计算方法,计算并分析了云雾纹理图像的差值盒维数特征。针对差值盒维数在表现云雾纹理特征和云雾分离方面存在的问题,提出基于样本图像灰度均值的加权盒维数算法,以改变出现灰值差异较大的不同云类具有相同盒维数的情况,并与云雾的光谱特征结合,实现雾与云的识别与分离,在实际应用中取得了较好的效果。

分光光度法与显微计数法测定微小绿藻生物量的比较研究

使用紫外-可见分光光度计对6株绿藻的培养液进行600-800nm的波长扫描,在685nm处获得一个单纯显著的特征吸收峰.将6株微小绿藻藻液分别稀释成5个梯度,同步进行血球计数板显微计数和紫外-可见分光光度计OD685值测定.稀释藻液的分光光度法拟合曲线R2≥0.990,显微计数法拟合曲线R2≥0.940,OD685计数R2在0.914与0.989之间;同步培养6株绿藻25d,从第6d开始,每天650-700nm扫描藻液测量OD,确认吸收峰是否会发生偏移,并同步测定藻液细胞浓度和藻液OD685值,比较拟合结果.纯种验证试验中,单纯特征吸收峰均在685nm处再现.OD685显微计数散点拟合R2在0.780与0.970之间,误差较大的2个藻株是蹄形藻和针形纤维藻;将6株藻培养20d的藻液混合,并稀释成浓度梯度,测量OD685与显微计数,混合藻液OD685计数R2=0.972.混合藻种验证试验显示出OD685计数对纯种和混合藻种都有着良好的精确度.试验证明,微小绿藻在600-800nm波段的最大特征吸收峰稳定地发生在685nm处.OD685值能够准确反映藻液中纯种或混合微小绿藻的生物量或生物量的变化,精确度和稳定性高于血球计数板显微计数.

定量蛋白质组学无标记定量方法的研究进展

依靠质谱技术的蛋白质组学快速发展,寻求速度快、重复性好以及准确度高的定量方法是该领域的一项艰巨任务,定量蛋白质组学分支领域应运而生.其中,无标记定量方法以其样品制备简单、耗材费用低廉以及结果数据分析便捷等优点渐露锋芒.无标记定量方法通常分为信号强度法和谱图计数法两大类.本文在这两种无标记定量方法计算原理的基础上,针对各种常用的无标记定量方法及最新进展做一个较为全面的介绍,并将详细讨论两类方法的异同点,以及目前蛋白质组学中无标记定量方法所面临的主要挑战,希望能为这一领域的研究人员在选择无标记定量方法时提供一个合理的参考.

OH自由基共振荧光的门控光子计数测量

针对气体扩张激光诱导荧光测量低浓度OH自由基系统中短寿命低强度荧光的检测需求,提出了一种共振荧光的门控光子计数测量方法,通过光电倍增管的快速门控电路设计,实现纳秒级时序内荧光的选择性测量.使用一个13级高增益端窗光电倍增管进行荧光探测,通过改变光电倍增管打拿极上的加载电压来实现光电倍增管的快速门控.电路可获得稳定的调制电压,开关延迟时间为168ns,上升沿时间约20ns.对门控电路进行器件优化及匹配参量后,采用调制打拿极d1d3d5的方式,开关引起的光电倍增管噪声降至210ns以内,调制开关比优于10~5.将门控系统应用于气体扩张激光诱导荧光系统OH自由基的荧光探测,有效获得自由基荧光信号.对307.8~308.2nm波段内的OH自由基激发谱线进行了测量,实验结果表明,门控电路能有效抑制激光杂散光的影响,实现低浓度OH自由基共振荧光信号测量.