1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 合肥学院, 安徽 合肥 230601
3 安徽大学 物质科学与信息技术研究院 安徽省信息材料与智能感知实验室, 安徽 合肥 230601
4 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
静态散射光蕴含颗粒尺寸的特征信息, 因此静态光散射法是快速测量水体悬浮物粒度的有效手段。然而由于颗粒侧向和后向散射光微弱, 不易探测; 前向散射受艾里斑影响, 存在测量盲区, 导致静态光散射法的小颗粒粒度测量精度不足。提出水体小粒径悬浮物粒度低位异面扫描光散射测量方法, 以光电倍增管为探测器, 采用多角度连续扫描方式探测颗粒的光散射信息: 通过缩短探测器到样品池距离, 提高相同角分辨率下的散射光强度, 提升侧向和后向散射光探测灵敏度; 将探测器偏离激发光轴, 避开艾里斑盲区, 在不改变前角小角度测量精度条件下, 实现前向大角度散射光探测。在此基础上, 结合米散射模型, 实现小粒径悬浮物粒度测量。不同粒度样品实验表明, 方法能准确测量350nm至2μm范围内颗粒的粒度, 2μm、1.5μm、500nm和350nm标物D50的测量相对误差均不超过5.61%, 均低于标物不确定度的相对误差, 且优于实验室内激光粒度仪的测量结果。
光学测量 小粒径 悬浮颗粒物 粒度测量 静态光 低位异面测量 optical measurement small particle size suspended particulate matter particle size measurement static light low position out-of-plane measurement
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
2 合肥学院生物食品与环境学院，安徽 合肥 230601
3 合肥学院先进制造工程学院，安徽 合肥 230601
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
5 安徽大学物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230601
静态光散射法能够实现水体悬浮颗粒物粒度分布的快速检测，但测量精度易受背景干扰。传统的样品散射光减背景光方法无法有效消除背景干扰。提出了基于散射光基线的背景干扰消除方法，在样品散射光减去背景干扰的基础上，拟合出散射光强分布基线，进一步消除背景的干扰。120 μm及9.86 μm标准粒径样品的测量结果表明，相较于传统方法，120 μm样品的D10、D50以及D90的测量相对误差分别由56.9%、17.2%、8.1%下降到0.4%、0.8%、2.8%；9.86 μm样品的D10、D50以及D90的测量相对误差分别由17.2%、10.0%、0.1%变到11.6%、3.4%、0.1%。表明基线法能够大幅提升背景干扰的去除效果，提高颗粒物粒度测量的准确性。
测量 背景干扰 悬浮颗粒物 粒度测量 CMOS探测器
1 合肥学院先进制造工程学院, 安徽 合肥 230601
2 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250103
为了检测金属材料生产、使用过程中的厚度损失及表面裂缝损伤,对比分析了激光干涉仪和电磁超声换能器(EMAT)对金属激光超声信号探测的准确度和实用性。采用激光干涉仪表面波信号与纵波信号相结合的方法探测了铝板厚度,并根据背面纵波信号测量了铝板表面裂痕缺陷深度;采用EMAT表面波信号确定铝板裂痕缺陷的位置,纵波信号确定铝板的厚度。结果表明,相比激光干涉仪的复杂激光超声信号接收光路,EMAT铝板测厚及裂痕缺陷位置检测的误差均在4%以下,且裂痕缺陷位置的预测值不会随着表面裂痕缺陷深度的减小而增加。可见,采用激光超声与电磁超声相结合的方法可有效地降低检测条件的复杂性,提高激光超声的实用性。
测量 激光超声 电磁超声 无损检测 测厚 缺陷
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electronic Information and Electrical Engineering, Hefei University, Hefei 230601, China
2 State Environmental Protection Key Laboratory of Optical Monitoring Technology, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
Using a measurement system based on fluorescence induced by variable pulse light, photosynthesis parameters of
chlorella pyrenoidosa are obtained, employing single-turnover and multiple-turnover protocols under dark-adapted and light-adapted conditions. Under the light-adapted condition,
σPSII′ is larger, and
Fv′/Fm(ST)′ and
Fv′/Fm(MT)′ are smaller than those of the dark-adapted condition, but the corresponding parameters possess good linear correlations.
Fm(MT),
Fm(MT)′,
Fv/Fm(MT), and
Fv′/Fm(MT)′, which are measured using the multiple-turnover protocol, are larger than those of the single-turnover protocol. The linear correlation coefficient between
Fm(ST) and
300.6280 Spectroscopy, fluorescence and luminescence 010.4450 Oceanic optics 120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology Chinese Optics Letters
2018, 16(1): 013001
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 桂林电子科技大学计算机与信息安全学院, 广西 桂林 541004
5 合肥学院电子工程系, 安徽 合肥 230601
浮游植物有效光合反应中心浓度与其生长环境、生理状态密切相关,文中以生物膜能流理论为基础,基于初始荧光效率(F0)和功能吸收截面(σPSII)的荧光动力学参数研究了浮游植物有效光合反应中心浓度分析方法。利用该方法对不同生长条件下的蛋白核小球藻进行了测试,结果表明:正常生理状态下,荧光动力学参数法与同化系数法分析结果具有良好的一致性,相关系数R2达到0.999;非正常生理状态下,荧光动力学参数法较同化系数法更能准确反映浮游植物光合活性(Fv/Fm)和光合单元尺寸(nPSII)引起的有效光合反应中心浓度的变化;在短期胁迫条件下,荧光动力学参数法分析结果与Fv/Fm相关系数R2可达0.920;在长期光照胁迫条件下的分析结果也能反映光照变化引起的浮游植物nPSII变化信息,且与已有研究成果相符。研究结果为浮游植物有效光合反应中心浓度的准确测量提供了一种新方法。
生物光学 浮游植物 荧光动力学参数 有效光合反应中心浓度 生物能量流理论
合肥学院电子信息与电气工程系, 安徽 合肥 230601
针对藻类叶绿素荧光信号微弱难以准确检测的问题,提出了基于m序列调制技术的叶绿素荧光检测系统。 分析了荧光检测电路的噪声特点,设计了基于T型电阻反馈网络的I/V转换电路和二级放大电路；根据m序列解调原理, 设计了双极性转换电路、移相电路和基于AD630的荧光信号解调电路。将系统应用于蛋白核小球藻叶绿素荧光检测, 结果表明,对于叶绿素浓度为10 μg/L的蛋白核小球藻,测量相对标准偏差为2.61%。在0～100 μg/L叶绿素 浓度范围内,检测系统输出直流电压值与蛋白核小球藻叶绿素浓度之间的线性相关系数达到0.998。
叶绿素荧光 m序列调制 相对标准偏差 线性响应 chlorophyll fluorescence m sequence modulation relative standard deviation linear response
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省环境光学监测技术重点实验室， 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学 安徽 合肥 230026
3 桂林电子科技大学计算机与信息安全学院， 广西 桂林 541004
4 合肥学院电子工程系， 安徽 合肥 230601
根据生物膜能流理论和电子传递模型，结合快相与弛豫两种激发条件，对复杂的光合作用过程进行分析并简化计算，提出植物光合作用参数反演方法。利用滑动窗口斜率判定法确定最大荧光产率；利用线性最小二乘算法解析快相荧光过程获得光化学量子效率和功能吸收截面；利用离散迭代算法解析弛豫荧光过程获得质体醌平均还原时间常数。对对数生长期以及铜离子胁迫条件下的平裂藻和斜生栅藻进行实验测量，结果表明该方法反演结果具有良好的稳定性和重复性，光化学量子效率、功能吸收截面和质体醌平均还原时间常数的测量结果相对标准偏差分别为1.25%、1.50%和1.83%，其中光化学量子效率与脉冲振幅调制技术的测量结果线性相关系数达到0.9714。该方法为研究植物生理研究提供一种光学分析手段。
光谱学 叶绿素荧光动力学 光合作用参数反演 线性最小二乘算法 快相与弛豫荧光
1 合肥学院电子信息与电气工程系, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所国家环境保护环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
浮游植物光合作用参数的快速测量对水华和赤潮灾害预警及水体生态研究具有重要作用。针对高速重复脉冲（FRR）光合作用参数测量技术中由窄脉冲光源激发引起的高数据采样率问题，采用单光脉冲实现单周转模式激发，应用脉冲积分法实现弛豫模式微弱光脉冲信号检测，设计了基于可变光脉冲诱导荧光的浮游植物光合作用参数测量系统，将数据采样率需求由10 MS/s以上降低至1 MS/s。实现了浮游植物光系统II（PSII）功能吸收截面、PSII最大光化学量子产率以及QA-（还原后的初级电子受体）再氧化时间常数的快速测量。实验表明，测量结果的相对标准偏差均小于3%。
光学器件 光合作用参数 可变光脉冲 荧光 浮游植物 激光与光电子学进展
2016, 53(7): 072301
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 合肥学院建筑工程系, 安徽 合肥 230022
针对激光诱导击穿光谱技术用于水体重金属连续、自动、快速、高灵敏监测中的需求,以石墨为富集基体,采用 电磁感应加热技术实现了样品的快速加热与富集,并研究了基于降温斜率的烘干判断方法。实验中以 设定140℃判定定时2 s为例,测得从室温上升到140℃用时30 s,温度的误差范围为-5～+3℃,基于降温斜 率准确判断了富集完成状态。研究结果表明,采用电磁感应加热技术结合基于降温斜率的富集完成判断 方法可以有效实现被测样品的快速加热和准确烘干判断。
激光诱导击穿光谱技术 石墨富集 电磁感应加热 降温斜率 烘干判断 laser-induced breakdown spectroscopy graphite enrichment electromagnetic induction heating cooling slope drying judgment
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对藻类荧光光谱解析中常见的信息冗余和光谱相关性问题，基于偏最小二乘（PLS）的方法,提出了区间蒙特卡罗偏最小二乘(IMC-PLS)方法，有效地解决了特征波长的选取问题。根据特征色素荧光峰位置预选出特征区域，综合利用了此特征区域内单个波段的信息和不同的随机波段组合对于模型的贡献，基于荧光光谱的三线性特点，联合了发射波长和激发波长的信息。研究结果表明，与无信息变量消除算法(UVE)相比，IMC-PLS反演4种藻类浓度得到的平均相对标准偏差分别降低了0%、34.3%、55.9%、30.5%，选择出的特征波长数和运算时间分别减少了80.1%、81.3%，IMC-PLS方法有效地解决了实时监测问题，也为离散三维荧光光谱仪器的研制提供了理论支持。
光谱学 特征波长 区间蒙特卡罗偏最小二乘回归 无信息变量消除 荧光光谱 藻类
