电热式微机电系统微镜傅里叶变换红外光谱仪

为了研制小体积、低成本、高分辨率的微型傅里叶变换红外光谱仪,通过选择电热式微机电系统(MEMS)微镜作为迈克尔逊干涉仪动镜,在满足了傅里叶光谱仪小型化、便携化的同时,利用折叠双S型Bimorph驱动结构来实现双倍位移量以确保较高分辨率,并将分束器外置来进行不同波段的灵活选择,进而实现全光谱范围的应用。以1 310 nm激光作为参考光光源,钨灯宽带光作为待测光源信号,通过信号采集、滤波、插值、光谱恢复步骤完成原始信号采集到光谱信号复原的过程。测试结果表明:电热式微镜的位移量可达到500μm,光谱理论分辨率1 nm,光谱仪整机尺寸小至62 mm×62 mm×28 mm。测试基线噪声为0.000 04,基线重复性为0.000 32,吸光度重复性为0.000 48。性能指标能满足食品安全、药品检测、石油化工等领域的光谱检测应用。

一种电热式MEMS微镜多自由度模型解析方法

结合微镜驱动器结构,通过引入热导和弹簧刚体模型分析了多驱动器间热传导和相互作用力导致的形变原因,并建立了多自由度微镜的数学模型。仿真与实验数据对比说明:建立的模型与实验结果具有较好的一致性,能够预测4个驱动器的输入响应特性。

电热驱动Bimorph微执行器对流系数估算方法研究

随着电热驱动MEMS器件尺寸进一步缩小,传统热对流系数的取值已无法满足微系统分析建模需求。针对电热型Bimorph结构的MEMS微镜驱动器,通过分析其温度分布,并以其平均温度为参考指标建立简单热阻和对流热阻分段模型,推算出微尺度下精确的对流系数,提高了微执行器设计模型的驱动性能。经理论计算和实验测试验证,对流系数值的误差在8.1%以内,满足实际设计需求,验证了该方法的合理性和可行性。

双轴电热机械MEMS微镜的驱动臂交叉耦合模型

根据双轴电热机械MEMS微镜的热力学、机械振动、频率响应和光学动态扫描图形分析,考虑驱动臂轴间交叉耦合情况,建立了双轴电热机械MEMS微镜的驱动臂交叉耦合模型。通过Matlab/Simulink对微镜系统模型进行仿真,并模拟了双轴电热机械MEMS微镜单个驱动臂和两个驱动臂的光学动态扫描模式。将仿真图形与双轴电热机械MEMS微镜动态扫描的实际情况进行对比,结果表明该模型有效仿真出双轴电热机械MEMS微镜的光学动态扫描模式,达到预测该微镜光学动态扫描图形的目的。

基于MEMS微镜技术的近红外光谱检测奶粉中的三聚氰胺

为实现奶粉中三聚氰胺的无损定量快速检测,搭建了一款便携式光学仪器。采用基于MEMS微镜的微型光学平台及手持式探头、光纤及样品池等搭建的傅里叶变换近红外光谱仪,在1 000～2 500 nm波长范围内采集样品光谱,结合光谱预处理、特征波段筛选及主成分数选取来优化光谱信息,依照偏最小二乘法结合交叉验证建立定量模型。在1 400～1 600 nm和1 900～2 400 nm波段内,二阶导数+Savitzky-Golay九点平滑的预处理方法下,当主成分数为5时,交叉验证相关系数为0.965 2,交叉验证均方差为8.22,外部验证结果预测偏差均小于5%,模型预测性能良好。基于MEMS微镜的便携式近红外光谱仪能实现奶粉掺假三聚氰胺定量检测。

光学相干断层扫描在胃肠肿瘤外科中的应用进展

光学相干断层扫描（OCT）是一种实时三维层析光学成像技术。OCT的物理原理类似于超声检查，但其采用的是近红外光而不是声波，它可以提供拥有微米级分辨率的活体组织形态的断面图像。通过与内镜、细针、导管、腹腔镜等装置结合，OCT在肿瘤外科中拥有巨大的成像潜力。目前研究提示，OCT技术在以下胃肠道肿瘤外科领域具有应用潜力：（1）早期肿瘤筛查和诊断：OCT可区分息肉组织、正常组织、恶性组织之间的差异，可能鉴别癌前病变，例如胃肠化生，幽门螺杆菌相关胃炎，涉及黏膜或黏膜下层的早期胃癌，以及区分腺瘤性息肉和增生性息肉。（2）淋巴结的光学活检：作为一种高分辨率近红外成像模式，OCT能够可视化组织内的微观特征，区别淋巴结组织与周围脂肪组织，并显示淋巴结结构（例如生发中心和结节内血管），以展示转移性肿瘤浸润过程中淋巴结显微结构变化。（3）精确手术导航，术中指导切除范围：在口腔鳞状细胞癌和乳腺癌等其他肿瘤中发现，OCT可以通过快速大面积扫描，以在细胞水平上引导外科手术切除肿瘤性疾病，并扫描肿瘤边缘的残留肿瘤灶，甚至是转移肿瘤细胞，这提示在结直肠肿瘤外科中，未来术中应用腹腔镜OCT实时检测肠管切缘及淋巴结的可行性，从而可确定适宜的肠管切除范围及淋巴结清扫范围。目前，关于OCT在胃肠肿瘤外科的术中应用的相关报道甚少，提示OCT在这一领域有广大的研究空间。