1 中国海洋大学信息科学与工程学部物理与光电工程学院, 山东 青岛 266100
2 中国海洋大学食品科学与工程学院, 山东 青岛 266003
中国是水产品生产和消费大国。 由于不同鱼产品的品质和价格差距悬殊, 近缘鱼类外观质地相似等特点, 鱼产品掺假和错贴标签的现象频发, 直接损害了消费者的消费和健康权益, 因此实现鱼产品品种品质的快速检测具有重要的现实意义。 激光诱导击穿光谱（LIBS）技术采用脉冲激光烧蚀样品表面产生激光诱导等离子体, 通过探测等离子体的发射光谱实现待测样品元素组分的定性和定量分析, 具有无需（或少量）样品预处理、 多元素同时检测, 分析速度快的优势, 在食品快速检测分析方面具有很大的应用潜力。 将LIBS技术结合随机森林（RF）算法用于不同种类鱼产品快速鉴别分析。 首先对6种鱼肉样品进行压片处理, 采用手持式LIBS分析仪采集其光谱数据, 可探测到清晰的C、 Mg、 CN、 Ca、 Na、 H、 K、 O等元素组分的特征谱线。 将原始光谱数据进行归一化预处理, 采用主成分分析方法（PCA）进行聚类, 发现海水鱼和淡水鱼样品可以区分, 而不同海水鱼之间和不同淡水鱼之间的样品则难以有效区分, 说明PCA方法对鱼肉LIBS光谱分类能力有限。 之后采用非线性的随机森林算法建立分类模型, 经过优化RF模型的决策树个数与决策深度, 得到鱼肉样品的整体识别正确率为90%。 为进一步提高模型识别精度和分析效率, 通过RF模型输出的变量重要性进行光谱特征提取, 识别正确率提高到94.44%, 且模型输入变量由23 431个减少到597个, 模型运算时间显著降低。 表明RF模型结合变量重要性提取可以很好地将LIBS光谱中变量重要性高、 对分类贡献大的弱信号提取出来, 有效剔除了谱线噪声、 背景、 以及其他不相关变量的干扰, 提高模型的识别精度和分析效率。 也验证了手持式LIBS设备结合机器学习方法用于市场鱼产品快速鉴别分析的可行性。
鱼产品 快速鉴别 手持式LIBS 随机森林 特征提取 Fish products Rapid identification Handheld LIBS Random forest Feature selection 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3714
1 合肥工业大学食品与生物工程学院, 安徽 合肥 230601
2 安徽大学电气工程与自动化学院, 安徽 合肥 230601
4 江苏大学电气信息工程学院, 江苏 镇江 212013
太平猴魁茶因其特有的“喉韵”深受广大消费者喜爱, 不同产地太平猴魁茶市场价格相差较大, 如何实现产地精准鉴别是目前促进绿茶产业发展的关键因素。 依赖于人工经验的感官评审方法主观性强、 稳定性差, 无法应用于实际生产检测过程。 作为目前主要的检测分析方法, 化学分析方法周期长、 检测成本高, 而且目前没有用于茶叶产地鉴别的统一标准。 近红外光谱(NIR)作为一种无损检测分析方法, 具有快速、 非破坏性、 无污染等特点, 但是不同产地太平猴魁茶主要内含成分及其含量基本相同, 不同产地样本光谱特征峰分布相似, 导致常规分析方法无法有效选择特征变量。 卷积神经网络(CNN)作为经典深度学习网络模型之一, 具有强特征提取和模型表达能力。 采用太平猴魁茶产地光谱特征分析, 利用一维卷积神经网络模型(1-D CNN)提取太平猴魁茶NIR特征, 提出一种基于1-D CNN和NIR的太平猴魁茶产地鉴别分析方法。 试验以6个不同产地共120个样本为研究对象, 分析10 000~4 000 cm-1范围内的光谱信息; 将样本随机划分为训练集(84, 占70%)和测试集(36, 占30%), 分别讨论不同间隔采样、 网络结构、 卷积核大小及激活函数对产地鉴别结果的影响, 并引入Dropout方法对比分析模型过拟合现象; 最终建立一个具有9层结构的1-D CNN模型。 蒙特卡罗试验结果表明, 相比于基于原始光谱数据(40.57%, 7.06)和PCA方法(31.93%, 6.96)的太平猴魁茶产地预测模型准确率和标准差, 基于1-D CNN的太平猴魁茶产地鉴别模型预测精度和稳定性更高, 其测试集预测准确率平均值和标准差分别为97.73%和3.47。 因此, 1-D CNN可有效提取太平猴魁茶不同产地NIR特征, 提高太平猴魁茶产地鉴别精度, 为太平猴魁茶精准产地鉴别及溯源分析提供参考。
产地鉴别 卷积神经网络 近红外光谱 特征提取 太平猴魁茶 Geographical origin discrimination Convolutional neural network Near-infrared spectroscopy Feature selection Taiping Houkui tea 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2776
1 重庆邮电大学 通信学院， 重庆400065
2 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院,银川750002
为提高智能变电站通信网络的运维水平，文章提出了一种基于分块矩阵的报文传输路径查找算法。为了把智能变电站通信网络静态配置信息抽象为数学模型，建立了物理网络拓扑矩阵模型和逻辑网络拓扑矩阵模型，并构建了两者之间的映射关系，给出了报文路径查找算法的流程。针对矩阵法分析网络拓扑计算量大的问题，文章提出以分块矩阵技术为主，稀疏矩阵与对称矩阵技术辅助优化的算法。采用遗传算法将网络矩阵模型分为对应的多个子矩阵，采用稀疏矩阵和对称矩阵技术处理子矩阵。通过对实际智能变电站的网络分析，与邻接算法相比，此算法不仅可以查找报文的转发路径，而且计算速度快占用内存空间少。
智能变电站 通信网络 遗传算法 稀疏矩阵 对称矩阵 smart substation communication network genetic algorithm sparse matrix symmetric matrix
湖北工程学院物理与电子信息工程学院，湖北 孝感 432000
通过分析大气中CO2的超精细吸收光谱来选择适合宽谱大气CO2浓度探测的红外激光波长，为研制宽谱红外激光雷达提供了依据。宽谱红外激光雷达的光谱范围远大于普通差分吸收激光雷达的光谱范围，不需要较高的锁频技术，能够避免差分吸收激光雷达由于在on 波长处偏移引起的测量误差。对比大气中水汽的吸收光谱、超辐射发光二极管(SLED)的发光光谱，以及铟镓砷(InGaAs)红外探测器的响应光谱，可以在理论上确定满足大气CO2 浓度探测的宽谱红外激光中心波长约为1572 nm，波长范围约为1568~1575 nm。通过设计实验装置，得到中心波长为1571 nm，波长范围为1564~1578 nm，输出功率约为0.01 mW 的宽谱红外激光。该波段宽谱红外激光避开了大气中水汽吸收的影响，而且模块简单、容易实现，对实现利用宽谱红外激光雷达探测大气CO2浓度分布有一定的帮助。
激光器 宽谱光源 波长选择 光谱分析 激光与光电子学进展
2015, 52(12): 120102
湖北工程学院物理与电子信息工程学院, 湖北 孝感 432000
基于大气中CO2的超精细吸收光谱，利用超辐射发光二极管和掺铒光纤放大器来构建一种用于高精度大气CO2 浓度探测的宽谱红外激光源，其光谱范围远大于普通差分吸收激光雷达的光谱范围，能够实现宽谱探测技术的要求，而且不需要较高的锁频技术，避免了差分吸收激光雷达技术由于在on 波长处偏移引起的测量误差。实验结果表明，最终得到的宽谱红外激光源中心波长约为1584 nm，光谱有效范围为1564~1604 nm，输出光功率可达到2 W 以上，光纤放大器对该范围内光放大的最大增益可达34 dB 以上。该激光光源具有体积小、功率大、成本低和携带方便的优点，对实现利用宽谱红外激光雷达探测大气CO2浓度分布有一定的帮助。
激光器 宽谱光源 光纤放大 超辐射发光二极管 激光与光电子学进展
2015, 52(8): 081401
闽江学院物理学与电子信息工程系, 福建 福州 350108
报道了基于圆柱型光子晶体自准直效应的低功耗Fabry-Perot干涉仪。该干涉仪是在二维光子晶体中引入两排线缺陷构成的。引入的线缺陷具有高反射率和低透射率。在自准直频率范围0.187c/a~0.201c/a,线缺陷的透射率介于20.77%~40.65%。利用时域有限差分方法对FPI的透射谱进行研究,结果表明对两排缺陷的间距d即使进行微小的扩大也会引起透射峰向低频移动,透射谱的自由光谱范围和透射峰的频率随着d的增大而变小,透射谱的半高宽会随着线缺陷的反射率的提高而逐渐变小。
光子晶体 自准直效应 Fabry-Perot干涉仪 photonic crystal self-collimation effect Fabry-Perot interferometer
1 安徽中医药大学体育部, 安徽 合肥230038
2 安徽师范大学体育学院, 安徽 芜湖241000
3 合肥安恒光电有限公司, 安徽 合肥230051
利用我国自主生产的近红外组织血氧参数无损监测仪对8名中长跑运动员在功率自行车上作等级递增负荷运动时, 大腿股四头肌组织中肌氧含量的变化进行监测与分析, 同时测量运动员的血乳酸浓度、 血容量和心率的变化。 结果显示肌氧含量与运动负荷、 血乳酸、 血容量、 心率密切相关（p<0.01）。 对一人经过多次测定肌氧含量和血乳酸浓度, 结果呈规律性的下降和上升, 每次之间数值的横向比对, 没有明显变化。 由此表明, 可以根据运动时骨骼肌中肌氧含量的变化来判断受试者所能承受的运动强度和在对应强度下所对应的血乳酸浓度以及肌氧下降的拐点所对应的血乳酸上升的拐点。 通过调查, 了解NIRS 技术在运动领域中的研究及应用的现状, 分析存在的主要问题和今后的研究趋向。 目的在于使大家通过对NIRS技术的不断了解, 认识到我国自主生产的近红外组织血氧参数无损监测仪所测的肌氧含量指标, 作为测定运动氧代谢能力是一项敏感的、 无损的、 实时可靠的指标, 与传统有创的、 离体的、 繁琐的检测手段相比较具有不可替代的优势。
近红外光谱术 运动人体研究 现状 趋向 优势 Near-infrared spectroscopy Human movement research Current status Tendency Advantage 光谱学与光谱分析
2014, 34(6): 1538
1 海南师范大学物理与电子工程学院, 海南 海口 571158
2 中国科学院国家空间科学中心空间天气国家重点实验室, 北京 100190
基于国家子午工程项目钠激光雷达的长期观测数据, 统计分析了北京和海南两地出现的钠层密度翻转现象,发 现这种现象往往出现在钠层的下部,宽度在2?7 km范围,持续时间约为2?8 h。观测结果显示,钠层密度翻转结 构的出现常伴随着大尺度重力波的传播活动,且钠层密度翻转结构的消失过程也和较大尺度 重力波的破碎过程有较好的对应关系。这表明,除风剪切和自身动力学不稳定因素外,大尺度和小 尺度重力波相互作用引起的垂直对流不稳定效应可能是大尺度重力波破碎的另一个重要原因。
钠激光雷达 密度翻转结构 重力波破碎 sodium lidar density overturning structure breaking of gravity wave
海南师范大学 物理与电子工程学院, 海南 海口 571158
表面等离子共振(SPR)是一种入射光照射到金属表面, 导致金属表面产生等离子共振, 反射光强出现衰减的现象, 反射光强衰减程度与入射光波长、入射角及金属表面补测物质的折射率有关。根据这原理研制的SPR生化分析仪, 在检测、分析分子间的相互作用等方面有着广泛的应用。针对HPSPR-6000生化分析仪的工作原理、技术参数、检测方法进行了详细的介绍, 在芯片表面生长磺胺二甲嘧啶-BSA, 并检测生长过程的响应信号, 同时还对磺胺二甲嘧啶抗原与抗体在芯片表面的结合响应信号进行了检测。
表面等离子共振 SPR生化分析仪 检测 surface plasmon resonance SPR biochemical analysis instrument detection
1 上海大学 新型显示技术及应用集成教育部重点实验室, 上海 200072
2 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200072
采用直接光强调制的方法, 建立了一种新型有机电致发光器件 (OLED)的光电信号传输体系, 研究了发光层掺杂、发光面积和预置电压对OLED响应速度的影响。结果发现: 与发光层为单独的Alq3的器件相比较, 掺杂 rubrene的发光层的荧光寿命较短, 响应较快; 减小OLED的发光面积能提高OLED的响应速度, 并在0.02 mm2的发光面积上实现了100 Mbit/s的信号传输速度; 同时, 预置直流电压也能改善OLED的响应速度。最后, 提出将柔性OLED与聚合物波导及有机光电二极管结合, 实现了一种全有机的柔性光电子体系。
有机发光二极管 光通信 光互连 响应速度 光电转换 optical communications organic light emitting diode photoelectron response speed photoelectric conversion
