测量葡萄糖浓度的光学低相干干涉法

根据溶液中溶质的浓度变化将引起溶液折射率变化的特性,提出一种利用光学低相干干涉技术通过测量葡萄糖溶液的折射率来确定其浓度的方法。基于迈克尔逊干涉仪,建立了低相干光葡萄糖浓度检测系统,通过调节可移动角镜以产生干涉信号,根据角镜的位移量计算出光程,并进而求出折射率。实验结果表明：在LED光源光谱半高宽度为25nm,可移动角镜的移动步长为微米量级时,利用该方法对折射率的测量精度可以达到10-4数量级以上,对应的可以检测出低于100mg/d L的葡萄糖的浓度变化。过程方便快捷,受外界限制因素小,是一种有效的测量各种液体折射率及浓度的方法。

双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的数值分析

提出了采用双波长光学低相干干涉仪(Optical low coherence interferometer,OCI)来测量人体视网膜血管中血氧饱和度(Oxygen Saturation,SO2)的方法.详细阐述了双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的基本原理,并分析了OCI中双波长的选择原则.基于内径为200μm的毛细玻璃管的简易人眼视网膜血管模型,分别模拟了光源中心波长为680 nm和820 nm时血液血氧饱和度由40%提高到60%时对应干涉信号的变化.数值分析表明,要判别20%的血氧饱和度变化,OCI系统灵敏度至少要达到70 dB.

脂肪乳液中物质浓度的光学低相干干涉测量

为了实现对散射介质的非接触测量，有效地提高灵敏度，提出了光学低相千干涉测量方法．采用光纤型迈克尔逊干涉结构，增加了扫描延迟线和光学外差探测电路，实现了具有光程分辨能力的干涉测量．以脂肪乳剂Intralipid为样本，通过稀释和加入染色剂的方法改变其散射和吸收特性．通过对溶液内反射信号的干涉测量和曲线拟合，研究了光程相关的干涉光信号与物质浓度的依赖关系．实验对象为散射和吸收特性相对稳定的脂肪乳剂和印度墨水混合物，其中Intralipid乳剂浓度在4％～16％之间，印度墨水浓度在0—1％之间．拟合方法引用了广义惠更斯菲涅耳（EHF）模型的解析表达式，拟合相关系数在0．98以上．实验结果与积分球测量结果进行了比较，初步验证了理论方法的可行性。

基于光学低相干成像的滑油磨屑在线检测

航空发动机的健康状态监测一直是研究热点,而发动机滑油系统中的磨屑则是其重要的监测对象。提出了一种利用光学低相干技术对磨屑实时成像,再通过实时图像处理来检测流动磨屑的方法。通过搭建光学层析系统和滑油循环回路对磨屑进行成像,通过改进的轮廓检测算法识别出图像里磨屑的当前轮廓,将连续有序的轮廓按照流动方向连接重构,获得了磨屑的表面形貌和相关特征量。结果表明,所搭建的光学层析系统能够检测到流动的磨屑,并能对其实时成像,且通过图像处理能反映出整个磨屑的尺寸和形貌。

材料微观裂纹的光学低相干检测技术

以材料的微观裂纹为检测对象,基于扫频光学的低相干技术原理,设计构建了马赫-泽德干涉结构的低相干系统,采用平衡探测器接收干涉光信号,并通过LabVIEW软件平台实现数据的采集与存储,得到了叶片微观裂纹的二维信息,再据此对该裂纹进行了图像重构。系统的检测分辨率可达到15.6μm,该方法具有非侵入、检测分辨率高等优点。

基于光学低相干的焊缝外观特征检测

针对目前焊缝外观检测实时性差、精度低等问题,提出一种基于光学低相干的焊缝外观特征检测方法。利用光学低相干测量原理获取焊缝外观的三维坐标信息,并利用滤波算法提取出焊缝三维轮廓;基于焊缝轮廓线的特征,提出采用DBGBCA算法对点集进行分类,以确定拟合区间;利用RANSAC算法进行直线拟合后,精确调整多项式拟合区间和拟合阶数进行曲线拟合;基于直线拟合和曲线拟合确定特征点,得到焊缝外观参数。试验结果表明,所提方法可使检测结果精确到0.004 mm,满足工业生产要求。

光学低相干反射测量仪与眼前段光学相干断层扫描仪和A型超声角膜测厚仪对角膜中央厚度测量结果的相关性和一致性评价

目的客观评价光学低相干反射测量仪(Lenstar LS900)与眼前段光学相干断层扫描仪(anterior segment-optical coherence tomography,AS-OCT)、A型超声角膜测厚仪对于屈光手术前患者角膜中央厚度(Central Cornea Thinckness,CCT)测量结果的相关性和一致性。方法随机选取角膜屈光手术术前近视眼患者189例(378只眼)作为研究对象,分别用Lenstar LS900、AS-OCT、A型超声角膜测厚仪依次测量CCT三次,取其平均值进行统计学分析,每种设备检查时间间隔大于5 min。测量数据采用Kruskal-Wallis检验,三种测量方法之间的相关性采用皮尔森(Pearson)相关分析法,一致性检验采用Bland-Altman分析法。结果 189例患者378只眼三种仪器测得的CCT值结果:Lenstar LS900为(533.47±29.90)μm,AS-OCT为(523.45±29.22)μm,A超角膜测厚仪为(535.04±29.92)μm。多样本的非参数检验,三个样本总体间差异有统计学意义(P=0.000<0.05);三个样本间两两比较,Lenstar LS900和AS-OCT、AS-OCT和A超角膜测厚仪差异有统计学意义;Lenstar LS900和A超角膜测厚仪差异无统计学意义;皮尔森相关性显示,Lenstar LS900与AS-OCT、A超角膜测厚仪三种仪器之间存在高度正相关,相关系数分别为0.975、0.970、0.951;一致性分析结果显示,三种仪器两两间一致性均较好。结论 A超角膜测厚仪是测量中央角膜厚度的金标准,Lenstar LS900与A超角膜测厚仪测量CCT相关性较AS-OCT与A超角膜测厚仪测量CCT相关性好,而Lenstar LS900可作为近视患者CCT的非接触式测量较为精确的检测工具。

光学相干生物测量仪Lenstar LS 900与IOLMaster对眼球生物学参数测量的一致性评价

目的探讨一种最新的光学低相干反射测量仪Lenstar LS900对于眼球生物测量的准确性，将其测量值与光学相干生物测量仪IOLMaster的测量结果进行比较。方法对照观察分别由Lenstar LS900和IOLMaster测量的正常人群眼球的眼轴长度（axial length，AL）、前房深度（anterior chamber depth，ACD）、角膜子午线上下的曲率半径（CR1、CR2）和白对白角膜直径（white—to—white distance，WTW）等眼球生物学参数。结果本研究纳入了206个健康的成年个体（206眼），年龄（26．9±15．6）岁。两种测量仪对于AL、ACD、CR1、CR2，和WTW等测量值的相关程度很高。Lenstar LS900与IOLMaster的测量结果比较，AL差值（0．014±0．090）mm（P=0．025），CR．差值（0．006±0．030）mm（P=0．005），CR，差值（0．020±0．040）mm（P〈0．001），均略长；WTW较短差值（-0．110±0．400）mm（P〈0．001），ACD的差异无统计学意义（P=0．554）。除WTW一致性界限为-0．89～0．67mm外，两种测量仪的测量数据具有良好的一致性。结论与IOLMaster相比较，LenstarLS900可提供同样准确、可靠的眼球生物测量数据（除wTw外），并且可提供中央角膜厚度和晶状体厚度数据，因此LenstarLS900在屈光手术和白内障手术领域有很好的应用前景，能满足未来高质量白内障手术的要求。

基于局部搜索算法的低相干光学反射测量系统信号处理方法

低相干光学反射测量系统是检测光纤器件微损伤的重要仪器,在实际使用中,其很容易受到噪声干扰,继而形成杂散干涉峰,成为影响测量系统对真实干涉信号准确识别的主要障碍。提出了一种基于局部搜索算法的信号处理方法,用来去除低相干光学反射测量系统中杂散干涉峰的影响,提高了系统测量的准确度。通过实际实验测试,证明了新方法的有效性。

两种光学生物测量仪和接触式A超对高度近视眼球生物学测量的一致性评价

【目的】评估两种光学眼球生物测量仪Lenstar和IOLMaster与超声生物测量对于高度近视眼的眼球生物测量的准确性和一致性。【方法】对照观察分别由Lenstar、IOLMaster和接触式A超测量的高度近视患者的眼球生物学参数。三种方法的比较采用Friedman检验或Wilcoxon符号秩和检验,测量结果的重复性使用变异系数进行评价,采用Bland-Altman分析进行一致性评价。【结果】纳入了66个高度近视患者(66只眼),平均年龄(31.2±12.4)岁。Lenstar、IOLMaster和接触式A超测量的眼轴长度(AL)的变异系数分别为0.05%,0.07%和0.2%。AL的95%一致性界限(Lo A)范围分别为0.12 mm(Lenstar vs.IOLMaster),1.06 mm(Lenstar vs.A-scan),和1.14 mm(IOLMaster vs.A-scan),前房深度(ACD)的95%Lo A分别为0.28 mm(Lenstar vs.IOLMaster),0.51 mm(Lenstar vs.A-scan)和0.52 mm(IOLMaster vs.A-scan)。在极高度近视(AL≥27.0 mm)和巩膜后葡萄肿患眼中也得到相近的重复性和一致性结果。【结论】高度近视眼中,光学测量方法的测量结果一致性很好,能提供比超声生物测量重复性和准确性更好的眼球生物测量数据。

两种光学生物测量仪测算人工晶状体度数的比较研究

目的比较光学低相干反射仪LENSTAR和光学相干生物测量仪IOLMaster测算人工晶状体(IOL)度数的差异,分析两者的精确性和一致性。方法 72例(122眼)白内障患者术前分别用LENSTAR和IOLMaster两种光学生物测量仪测量眼轴长度(AL)、角膜屈光度(K1和K2)和前房深度(ACD),并分别应用SRKⅡ、SRK/T、HofferQ、Holladay和Haigis公式计算拟植入AcrySofSA60ATIOL的度数,术后目标屈光度为正视。结果两种测量仪所得参数:AL差异为(0.02±0.10)mm,ACD差异为(-0.02±0.17)mm,差异均无统计学意义(P>0.05);K1、K2和(K1+K2)/2差异分别为(-0.05±0.21)D、(-0.12±0.20)D和(-0.08±0.14)D,差异有统计学意义(P<0.05)。两种测量仪测量的参数AL、K1、K2和ACD的Pearsonr值分别是0.999、0.991、0.992和0.927,具有良好的相关性。应用5种IOL度数计算公式得出的IOL度数在两种测量仪之间,差异无统计学意义,有良好的一致性。结论 LENSTAR和IOLMaster测量仪在测量结果和计算IOL度数方面有良好的相关性和一致性,均可用于白内障手术前精确的IOL度数测算。

OLCR系统中滤除衰减直流分量的BD结构设计

设计了由环形器、耦合器、衰减器和平衡探测器组成的平衡探测(BD)结构的OLCR系统,分析了衰减直流分量产生的原因以及耦合器相位特性在BD结构中的作用。对参考臂中光耦合效率与反射镜角度和位置关系进行了仿真,结果表明耦合效率主要受反射镜偏转角度影响。实验测试了非平衡和平衡结构下参考臂的输出光功率,对噪声的均方根值和信噪比进行了分析,同时还测试分析了两种结构下的干涉信号。实验结果表明,OLCR系统的BD结构在滤除衰减直流分量的同时还能抑制噪声信号和放大交流分量,结构简单有效。

用于FBG检测的OLCR系统实用化技术

光纤布拉格光栅(FBG)反射谱特性的变化是传感检测的关键,光学低相干反射(OLCR)技术是获得FBG反射谱特性的重要方法。构建了一套基于Michelson干涉光路结构的OLCR-FBG检测系统,给出了系统工作原理和实现方式,研究中提出系统实现的关键是干涉微弱信号采集、均匀分布采样、离散数据处理过程。实验测试了非平衡探测结构和平衡探测结构的系统信号,普通电动平移台驱动和高精度气浮平移台驱动的系统信号。实验结果表明,平衡探测结构提高了微弱干涉信号信噪比;低振动噪声的气浮平移台能实现均匀分布采样,避免反射谱被淹没;通过数据处理,能从干涉信号快速解调出FBG反射光谱,其Bragg波长重复性达到4 pm。

Liquid-level Measurement with Fiber-optic Low Coherence Interferometer: Micrometer-resolution Approach

According to the fact that the surface of liquid with low viscosity coefficient is a good reflection plane for a broadband light beam, liquid-level measurement in micrometer resolution is designed based on a fiber-optic low coherence interferometer in Michelson configuration. The wave front of the reflected light beam is well enough to form an interferogram with a beam reflected from an optic mirror mounted on a stepping scanning-motor. The central peak of the interferogram is read as a measure of the liquid level. Experimental results show that this noncontact method can reach a resolution of ±1.25 μm in the measurement range of 86 mm.

具有嵌入式环形拓扑结构的光纤传感器网络

提出了一种基于光学低相干反射(OLCR)技术的嵌入式双环形光纤传感网络。给出了光纤传感网络结构、空分复用(SDM)原理,分析了网络中传感器的信号特性,对携带10个传感器的传感网络进行了实验研究。理论和实验研究表明,通过改变环形网络中传感器的安放位置与布设数量,对网络的传感特性进行优化,可以提高传感系统的复用能力。此结构可嵌入智能结构中,用于准分布应变或温度的测量。