建立了满足激光辐照人眼安全要求的便携式生物气溶胶短程遥测系统, 用于实现有人员活动区域生物战剂气溶胶的实时预警监测。以高频调制的405 nm半导体激光器为激发光源, 200 mm口径的卡塞格林望远系统为信号光收集系统, 搭建了基于伪随机调制的便携型生物气溶胶激光雷达短程遥测系统。该系统具备平行偏振散射、垂直偏振散射光探测, 以及450 nm和530 nm两个波段荧光探测等四个同步探测通道。以枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和酵母菌为样本对该激光雷达系统进行了初步测试。外场试验表明, 该生物气溶胶遥测系统的空间分辨率为1.5 m, 荧光通道的探测距离为100 m; 3种被测生物气溶胶种类识别的回代误报率分别为9%、11.5%和14.5%, 交叉误报率为11.3%。该遥测系统的激光能量低于激光辐照人眼安全标准的要求, 基本实现了生物气溶胶的甄别。

探讨阈值分割算法,把其应用于痕量微生物图像的处理。基于阈值算法提出了适合痕量微生物图像的目标信号提取方法。对阈值分割算法进行分析, 对比传统阈值方法和提出的改进阈值算法的实际图像处理效果。传统阈值算法可实现对图像中微生物信号的提取, 但存在一定失真。基于阈值分割方法的改进算法具有抑制噪声信号, 及区分背景与目标的能力, 可高效实现微生物信号的提取。所成微生物分布二值图像具有轮廓清晰、易于观察的特点。

针对微生物检测中存在的耗时多、结构复杂、探测精度低等问题, 提出了一种快速、简单、检测下限低的微生物检测方法。通过结合荧光标记物标记、微孔滤膜过滤、激光扫描及荧光成像技术, 设计了痕量微生物快速扫描检测系统, 使用大视场、大景深、长焦距扫描物镜, 结合二维扫描振镜, 完成了对痕量微生物样本的快速检测。描述了检测系统的基本原理及光路系统的设计与优化, 对采集信号进行了分析, 并对检测系统的检测性能进行了论证及测试。实验结果表明, 该检测系统可以在10 min内完成对10~2.5×103 cfu/mL的微生物的准确检测, 检测下限为10 cfu/mL, 可以满足医用高纯水、饮料用水、微电子加工高纯水等领域的水体快速检测需求。

建立了光子计数器的模型, 对光子计数器的死区时间效应进行了理论分析和实际测量, 并提出了校正光子计数效应对微脉冲雷达信号影响的方法。利用马尔科夫链对微脉冲雷达的探测过程进行理论分析, 并利用MATLAB对死区时间对光子计数产生的影响进行了计算和分析, 描述了计数死区对探测结果产生的瞬态形态变化。在此基础上, 搭建了微脉冲激光雷达光子计数的测量平台, 实验验证了死区时间对于光子计数采集的影响。最后, 测量了不同光强下死区时间对探测结果的抑制情况, 给出了微脉冲激光雷达信号的校正方法。 基于提出的方法对真实微脉冲激光雷达信号进行了校正实验。实验结果表明: 在峰值功率为100 mW的405 nm激光照射下, 光子计数在采集频率100 MHz时的散射光计数效应减少了50%。文中的方法较好地解释了小尺寸目标的探测信号形态, 实现了对光子计数探测结果的校正。

微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中。针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测。

在选定的波长处(760nm,850 nm)无创测量人体手指的漫反射光谱,利用修正的Lambert-Beer定律,实现了HbO2、Hb的绝对量估算,并由此求得血红蛋白浓度的结果.对16例志愿者进行了测量,全部男性受试者的相对误差在7.39%以下,相关系数为0.954;全部女性受试者的相对误差在7.26%以下,相关系数为0.969.