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

运用光谱技术改进Beer-Lambert定律的定量化及其应用研究

运用简便、快捷的无损测试提供的归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)方法,对 Beer-Lambert 定律进行定量化改进,构建了以 NDVI 为自变量的 LAI 预测模型,并采用不同年份、不同株型的玉米数据对其改进结果进行检验。结果表明,当生长 55 d 时,叶向值(LOV)显著不同的 3 种株型的 NDVI、LAI 和消光系数 K 的差异均最大;披散型(LOV≤30°)NDVI 饱和点的出现较中间型和紧凑型为早;利用 NDVI 改进 Beer-Lambert 定律的定量预测模型能够敏感反映植株冠层结构参数的动态变化,且最适用于紧凑型品种。随着玉米育种目标更偏向培育偏紧凑型品种,其改进结果在育种栽培实际中更有利用价值。

The application of extended modified Lambert Beer model for measurement of blood carboxyhemoglobin and oxyhemoglobin saturation

This work presents the use of extended Modified Lambert Beer(MLB)model for accurate andcontinuous monitoring of percent blood carboxyhemoglobin(COHb)(SCO)and oxyhemoglobin(OxyHb)saturation(SO,)via a fitting procedure.This quantification technique is based on theabsorption characteristics of hemoglobin derivatives in the wavelength range of 520-600 nm togive the best estimates of the required parameters.A comparison of the performance of the developed model and MILB law is made using attenuation data from Monte Carlo simulations for a two-layered skin model.The results revealed a lower mean absolute error of 0.4%in the valuesestimated by the developed model as compared to 10%that is given by the MILB law.This studyshowed that the discussed approach is able to provide consistent and accurate measurement ofblood SO,and SCO across diferent skin pigmen tations suggesting that it may potentially be usedas an alternative means for clinical diagnosis of carbon monoxide(CO)poisoning.

基于Beer-Lambert定律的钢管壁厚测量

为了实现钢管壁厚的高精度测量,基于Beer-Lambert定律和滤波反投影算法提出了一种钢管壁厚测量的方法。根据Beer-Lambert定律,通过对数化处理,建立了钢管壁厚与探测器接收信息之间的数学模型,利用滤波反投影算法推导出钢管壁厚的表达式,并理论推导出X射线测厚和超声波测厚的误差公式。实验仿真表明,测得?273×10 mm的钢管壁厚为10.01 mm,误差为0.1%,与超声波测厚的误差大致相等;对不同型号的钢管进一步仿真表明,当钢管壁厚为2.5～5 mm时,X射线测厚误差可保持在3%以内,与超声波测厚基本一致。

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。

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。

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。

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.

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。

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。

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。

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。

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Phyphox验证朗伯-比尔定律和测多溶质溶液的浓度

利用红/绿激光笔、手机、水槽等简单器材,搭建了光度计模拟实验装置.基于Phyphox软件,利用手机的光敏传感器测量透射光的光强,获得溶液层的吸光度随溶液浓度和厚度的变化关系.结果表明:溶液层的吸光度与溶液浓度及厚度成正比,验证了朗伯-比尔定律.以Fe_(2)(SO_(4))3溶液和KCr(SO_(4))_(2)溶液为例,测量了含有2种溶质的混合溶液各溶质的浓度.

利用光谱分析技术检测氢离子浓度

利用光谱分析技术可对无色水溶液pH值进行测定,该方法能够快速便捷地检测溶液中氢离子浓度.首先通过酸碱指示剂对待测溶液进行显色处理,再利用光谱仪对其各波长吸光度进行测量.在指示剂变色范围内,吸收光谱曲线将出现多个吸收峰,通过测量各吸收峰峰值,并计算其比值,结合朗伯-比尔定律代入由定标溶液确定的比值函数曲线,得到待测溶液的pH值.由于采用比值计算,该方法操作简便易行,无须要求每次滴入指示剂的量相同,可在实验室中对溶液样本快速地进行pH值测量,且结果误差小于0.05.

基于Phyphox对纸张相对制成时间的光学研究

本文利用三部智能手机和自制暗盒对纸张的相对制成时间进行了光学测定.基于不同年代的同种纸张中纤维素含量不同,水解后使得溶液的葡萄糖浓度不同,进而导致显色后对于光的作用方式(吸光度)不同,对样品水解液进行显色处理,采用新型双层载玻片模型,在抵消反射光方面弥补了传统实验的不足.三部智能手机分别作为光源端、检测端与控制端,检测端基于Phyphox软件检测入射光强与透射光强随时间的变化数值,通过朗伯-比尔定律对数据进行处理得到吸光度与纸张年代的函数关系.以2017年1月10日的人民日报为待测纸张进行检测,得到检测值为2017.163年.将检测值与真实值对比,证明了朗伯-比尔定律的可靠性以及自制实验装置的可行性.