1 东华理工大学 信息工程学院，江西南昌33003
2 东华理工大学 软件学院，江西南昌330013
3 江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心，江西南昌001
为了获得高性能和低成本的氧化锌（ZnO）基紫外光探测器，使用Ga掺杂ZnO（ZnO∶Ga）作为光敏层，采用水热法合成了不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒，Ga与Zn的原子比分别为0%（未掺杂），0.5%，1%，2%和4%。使用X射线衍射仪（XRD）测试所有样品的晶体结构，发现它们都为六方纤锌矿结构的ZnO。采用扫描电子显微镜（SEM）观察它们的形貌，都呈现棒状结构。进一步，制备叉指图案氟掺杂的氧化锡（FTO）导电玻璃基底，将不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒分别涂覆在FTO上，得到5种简单结构的紫外光探测器，系统研究了它们的性能。结果表明：所有ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器对365 nm紫外光表现出良好的响应。其中，1% Ga掺杂ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器性能最佳，经计算，在365 nm波长处，它的响应度、增益和比探测率分别为13.13 A/W （5 V），44.63 （5 V），3.31×1012 Jones，响应时间和衰减时间分别为12.3 s和36.4 s。说明在ZnO微米棒中进行合适Ga掺杂能有效提高紫外光探测器的性能。该研究有助于基于ZnO∶Ga材料的紫外光探测器及相关器件发展。
紫外光探测器 镓掺杂氧化锌 微米棒 水热法 响应度 ultraviolet photodetector Ga-doped ZnO microrods hydrothermal method responsivity
东华理工大学江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心, 江西 南昌 330013东华理工大学江西省放射性地学大数据技术工程实验室, 江西 南昌 330013东华理工大学信息工程学院, 江西 南昌 330013
在轻元素自身和实测元素间的特征X射线相互影响之下, 受仪器能量分辨率的制约, 实测Ｘ射线荧光光谱会产生严重重叠。 以色谱分离度Rs判定谱峰重叠程度, 针对Rs低于0.3的重叠峰, 提出一种解析EDXRF光谱的新方法, 并对模拟Ｘ射线荧光光谱进行了新方法的验证。 首先, 详细介绍基于四阶导的峰锐化法和提出误差小波变换。 通过仿真结果发现: 当Rs=0.27时, 两种方法皆不能单独实现重叠谱峰的解析与识别; 然而, 原始信号在四阶峰锐化法处理后保留了峰位特征的同时, 还出现了Rs明显增大的有利现象。 因此, 只需要通过调节四阶峰锐化法的权重完成对低分离度重叠峰的初步锐化处理, 再对锐化后的信号进行误差小波变换, 结果实现了对模拟重叠峰的分解, 证明了结合后的新方法(锐化误差小波变换)针对极低分离度的重叠谱峰具有强大的分解能力。 对两组重叠谱峰采用叠加的高斯函数进行模拟, 分别是Mn的Kβ能量峰与Fe的Kα能量峰的重叠光谱(Rs=0.19)以及Al的Kα能量峰与其Kβ能量峰的重叠光谱(Rs=0.11)。 用新方法对谱线进行处理, 实现了重叠峰分解, 结果表明针对极低分离度的重叠谱峰该方法具有可行性。 通过锐化误差小波对实测的EDXRF光谱进行解析, 通过对三组数据解析特定三种低分离度重叠峰进行对比实验, 均成功解析与识别了低分离度的重叠谱峰。 结果表明: 针对极低分离度的重叠谱峰, 锐化误差小波变换可以有效分解, 具有突破性, 实用性和创新性。
X射线荧光光谱 低分离度重叠峰 峰锐化 锐化误差小波变换 重峰分解 X-Ray fluorescence spectrum Low-resolution overlapping peak Peak sharpening Sharpening error wavelet transform Overlapping peak decomposition 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1719
1 江西省放射性地学大数据技术工程实验室, 江西南昌 330013
2 江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心, 江西南昌 330013
3 放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室, 江西南昌 330013)
为解决多种数据类型兼容的并行采集困难、接入计算机串口资源匮乏、采集数据传输误码率高等诸多问题, 设计并实现了多串口映射 TCP端口(MSMTPS)的多种核辐射数据类型连续并行采集系统。采用以太网实现核辐射数据采集系统与计算机的数据交互, 系统由 STM32F103处理器与 W5500以太网芯片构成, 具有多个串口同时与以太网口交互的能力。为接收不同辐射数据的串口分配队列缓冲区, 使多个串口与同一个 TCP端口映射, 基于 TCP端口与上位机建立连接, 实现多类串口与单网络端口双向快速传输。测试使用 3个串口, 分别以 0.5 s,1 s,5 s时间间隔发送, 各发送 498 bytes,499 bytes,499 bytes数据, 连续发送 10 min。结果显示系统传输稳定, 无误码, 符合设计要求。
多串口映射 TCP端口 异构数据 连续采集 Multiple Serial ports Mapped TCP ports heterogeneous data continuous acquisition 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(10): 1095
1 东华理工大学软件学院，江西 南昌 330013
2 东华理工大学信息工程学院，江西 南昌 330013
高性能、低成本的紫外光探测器在许多重要领域具有广泛的应用前景。首先采用简便的化学浴沉积法，在氧化铟锡（ITO）玻璃衬底上低温生长出良好取向的氧化锌纳米线阵列（ZNWAs）。ZnO纳米线的直径为30~60 nm，长度为600~900 nm。在ZNWAs上沉积聚（9-乙烯咔唑） （PVK）薄膜，形成异质结紫外光探测器。结果表明：该器件对365 nm的紫外光显示出良好的响应。经计算可得，在365 nm波长处，该器件的灵敏度、响应度、探测率、响应时间和衰减时间分别为15.33（电压为0.05 V）、37.72 A/W（电压为2 V）、1.29×1012 Jones、12.6 s和34.2 s。
材料 纳米材料 氧化锌纳米线阵列 异质结 紫外光探测器 光学学报
2022, 42(22): 2204001
1 东华理工大学江西省放射性地学大数据技术工程实验室，江西 南昌 330013
2 东华理工大学江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心，江西 南昌 330013
3 东华理工大学软件学院，江西 南昌 330013
智能算法在对谱峰重叠严重的复杂地质样品进行分析时, 往往存在计算量过大、 弱峰误差较大、 收敛于局部极小值或不收敛等问题。 量子遗传算法因其具有良好的收敛性, 可用于X射线荧光光谱重叠峰的分解。 针对X射线荧光分析过程中经常遇到的谱峰重叠问题, 提出了一种基于元素关联高斯混合模型(GMM-ER)和多适应度量子遗传算法的重叠峰分解方法。 首先介绍了基于元素K系和L系特征X射线的重叠峰GMM-EB模型。 然后基于X射线荧光光谱的物理特性, 对传统量子遗传算法进行了改进, 引入了多适应度函数。 由锰、 铁、 钴和镍的特征X射线产生一段谱峰严重重叠的模拟光谱, 然后基于GMM-EB模型, 分别用传统量子遗传算法和改进的多适应度量子遗传算法对模拟光谱进行了10次解析。 实验结果显示, 改进后的量子遗传算法的重叠峰分解精度平均提高了32.1%, 最佳分解精度提高了73.9%。 应用改进量子遗传算法进行分解时, 含量比例低的元素分解精度得到较大改善, 最佳情况下元素分解的相对误差范围缩小了64.5%。 并且, 改进算法收敛速度快于传统算法。 该方法适合严重重叠谱峰的分解, 且对弱峰有较高的分解精度。
X射线荧光光谱 重叠峰分解 GMM-EB模型 量子遗传算法 X-ray fluorescence spectrum Decomposition of overlapping peaks GMM-EB model Quantum genetic algorithm 
1 东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室，江西 南昌 330013
2 东华理工大学江西省放射性地学大数据技术工程实验室，江西 南昌 330013
3 东华理工大学信息工程学院，江西 南昌 330013
能量色散X射线荧光(EDXRF)光谱分析待测元素的信息主要反映在能谱的特征峰峰位以及特征峰净峰面积中。 对于特征峰的准确检测是EDXRF光谱分析的关键。 特征X射线之间的能量在低原子序数元素中相差很小, 在实际测量过程中由其他一些因素干扰会导致EDXRF光谱中特征峰产生严重重叠, 以EDXRF光谱中低序列元素的重叠峰作为研究对象, 提出一种四次导数结合三样条小波变换处理低序列元素重叠峰的新方法。 通过数学模型模拟重叠峰检测了该方法的可行性, 并仿真了实测X荧光光谱数据进行检测得到良好的效果, 通过使用了CIT-3000SY X 荧光元素录井仪实测T铅黄铜数据和混合轻元素数据荧光光谱作为验证。 首先, 介绍导数法以及三样条小波法分解重叠的原理。 导数法阶数越高信号越畸形但可以有效提高重峰分离度, 而三样条小波变换对低分离度重峰处理较为无力但能有效的保持峰型。 通过Tsallis峰信号模拟重叠峰, 模拟出3个峰信号, 第1个峰和第2个峰的分离度R=0.33, 第2个峰和第3个峰的分离度R=0.67, 导数处理后信号任仍具有一部分重叠, 但是导数处理后不仅保留了信号的峰位值, 且出现了分离度变大的现象, 而三样条小波对低分离度重叠峰的分解较为无力, 但是对于分离度较大的重叠峰具有较好的效果, 信号通过四次导增加分离度再进行三样条小波变换, 通过调节样条小波分解层次的次数, 然后对分解出的高频信号采取适当的系数进行放大, 最后进行信号重构。 实验实现了对模拟信号的分解。 验证了此方法针对重叠峰分解具有可行性。 实验采用分解4层的三样条小波变换以及放大6倍的高频信号。 然后, 处理仿真K元素的重叠光谱, 实现了重叠峰的分解, 通过仿真实验表明新方法能准确的识别峰位, 结果表明只有1%之内的误差, 证明了新方法对X荧光光谱重叠峰分解的适用性。 最后用此方法对CIT-3000SY X荧光元素录井仪实测T铅黄铜元素数据以及混合轻元素数据X荧光光谱进行处理, 实现了对重叠峰的分解, 且分解后的峰位误差控制在1%之内, 具有较高的准确率。 实验结果证明: 四次导数结合三样条小波变换能有效分离重叠峰, 并且在处理X荧光光谱的重叠峰分解上具有实用性。
X射线荧光光谱 四次导数 三样条小波变换 低分离度重叠峰分解 X-ray fluorescence spectrum Four times the derivative Three spline wavelet Low separation overlap peak decomposition 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2530
东华理工大学江西省放射性地学大数据技术工程实验室, 江西 南昌 330013
重峰分辨能力和弱峰识别能力是衡量X射线荧光光谱寻峰的关键性指标, 常见寻峰方法难以同时满足较高的重峰分辨能力和弱峰识别能力。 应用单个常见寻峰方法对复杂地质样品的X射线荧光光谱寻峰, 往往难以识别出光谱中所有的特征峰。 通过对导数法、 小波变换法等经典寻峰方法的分析, 可知: 导数法具有较强的弱峰识别能力, 但光谱的光滑效果影响光谱寻峰结果; 小波变换法具有较强的重峰分辨能力, 但小波分解尺度的选择影响光谱寻峰结果。 提出了一种基于导数法和小波变换法的X射线荧光光谱自适应寻峰算法。 该算法先对原始光谱进行连续小波变换, 得到不同分解尺度的小波变换系数谱; 然后对不同分解尺度的小波变换系数谱进行一阶导数寻峰并合并寻峰结果; 最后根据X荧光分析仪的能量刻度和元素特征X射线参数表确定原始光谱中元素特征峰。 该算法在寻峰过程中, 无需对原始光谱进行光滑, 也无需确定光谱的小波变换分解尺度。 应用一阶导数法、 连续小波变换法和该算法对一标准样品的X射线荧光光谱进行寻峰。 实验结果表明: 该算法具有较高的重峰分辨能力和弱峰识别能力, 优于导数法和小波变换法在寻峰中的表现, 并在实际应用生产中取得了优良效果。
X射线荧光光谱 寻峰 导数法 小波变换 X-ray fluorescence spectrum Peak finding Derivative method Wavelet transform 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3930
1 东华理工大学江西省放射性地学大数据技术工程实验室, 江西 南昌 330013
2 东华理工大学信息工程学院, 江西 南昌 330013
3 东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室, 江西 南昌 330013
由于轻元素自身特征X射线以及测量元素间特征X射线的相互干扰, 受仪器能量分辨率的影响, 实测X射线荧光光谱会产生严重重叠。 以色谱分离度Rs作为计算谱峰重叠程度的指标, Rs低于0.5的重叠峰作为研究对象, 提出一种峰锐化法结合双树复小波变换分解低分离度重叠峰的新方法, 并对模拟X射线荧光光谱和实测X射线荧光光谱进行了新方法的验证。 首先, 在详细介绍峰锐化法和双树复小波变换分解重叠峰原理的基础上, 通过仿真结果发现: 当Rｓ=0.38时, 两种方法皆不能单独实现重叠峰的分解; 然而, 峰锐化法处理后的信号不仅保留了原始信号的峰位特征, 还出现了分离度明显变大的现象。 因此, 可以通过调节峰锐化法的权值实现对低分离度重叠峰的初步锐化, 再对锐化后的信号做双树复小波变换, 结果实现了对模拟重叠峰的分解, 验证了新方法分解低分离度重叠峰的优越性。 其中, 双树复小波变换的分解层数为2~6层, 第一层选择near_sym_b滤波器, 第一层以上选择qshift_d滤波器, 且当细节系数放大倍数为1~10时, 重叠峰的分解结果更准确。 然后, 模拟了K元素Kα能量峰与其Kβ能量峰的重叠光谱(Ｒｓ=0.44)以及Fe元素Kβ能量峰与Co元素Kα能量峰的重叠光谱(Ｒｓ=0.34), 用新方法对谱线进行处理, 结果实现了重叠峰分解, 且分解后峰位和峰面积的相对误差分别在1%和6%以内, 验证了该方法分解光谱中低分离度重叠峰的可行性。 最后, 用新方法对实测的Ca元素X射线荧光光谱进行处理, 最终也实现了重叠峰分解, 且分解后的峰位相对误差分别为0.8%和0.7%。 结果证明: 峰锐化法结合双树复小波变换能够有效分解低分离度重叠峰, 且在解决X射线荧光光谱中谱峰严重重叠的问题上具有实用性。
X射线荧光光谱 低分离度重叠峰 峰锐化 双树复小波变换 重叠峰分解 X-ray fluorescence spectrum Low-resolution overlapping peak Peak sharpening The double-tree complex wavelet transform Overlapping peak decomposition 光谱学与光谱分析
2020, 40(4): 1221
采用目前成熟的GPRS/GSM通信技术，结合ARM嵌入式软硬件平台以及嵌入式Linux操作系统实现实时数据的无线远程监控终端。详细讨论了GPRS/GSM无线模块MC39i支持的AT命令协议与协议数据单元(PDU)的编解码过程，提供了MC39i模块与终端设备连接的串口模块在Linux下的实现方法。 重点阐述了如何在Linux中建立QT/Embedded的开发环境和应用程序的移植以及如何在移动终端中予以实现，实践效果良好。
GPRS/GSM模块MC39I AT命令集 图形化人机接口 GPRS/GSM module MC39I AT command Set QT/Embedded QT/embedded GUI
对OLED显示模块和高性能的32位ARM920T系列微处理器进行了介绍,并使其有机结合构成本控制系统的显示终端,根据ARM S3C2410与OLED模块硬件接口电路的设计,对在嵌入式Linux 2.4.18下编写、编译和加载其接口驱动程序进行了详细阐述。实践表明,系统参数可以在OLED屏上完整显示,效果良好。
嵌入式Linux 有机发光显示器 驱动程序设计 embedded Linux OLED ARM S3C2410 ARM S3C2410 driving design
