X射线荧光CT（XFCT）作为一种分子成像模式，存在着扫描时间长、辐射剂量大的问题，通常通过增大投影间隔、减少投影数量的稀疏投影方式来降低扫描时间与辐射剂量。因此，为在较少投影数量和较少迭代次数下提高重建图像质量，提出一种基于L_1/2范数的XFCT重建算法。数值模拟实验结果表明：在较少投影数量和较少迭代次数下，所提基于L_1/2范数的XFCT重建算法与传统Maximum Likelihood Expectation Maximization算法相比，其重建图像的均方根误差更小，全局图像质量索引更接近1，达到在较少投影数量和较少迭代次数下提高重建图像质量的目的。

H9N2亚型禽流感病毒(AIV)虽为低致病性AIV,但严重危害养禽业的健康发展和公共卫生系统。快速有效的检测方法有利于病毒的早期诊断、预防及控制。提出一种高特异性、低检测极限(LOD)的纳米二氧化钛(nano-TiO₂)粒子修饰双峰谐振长周期光纤光栅(DR-LPFG)的检测H9N2 AIV的光学生物传感器。利用改性nano-TiO₂粒子修饰DR-LPFG,再将抗H9N2单克隆抗体分子(anti-H9N2 MAbs)与TiO₂表面羧基以共价键结合,固定于光栅表面制得生物传感器。该传感器机理在于测量固定在DR-LPFG表面的anti-H9N2 MAbs与H9N2 AIV抗原的特异性结合引起光栅双峰谐振波长间距(Δλ)的变化。实验结果表明:在折射率为1.3320~1.3760时,nano-TiO₂修饰DR-LPFG的Δλ灵敏度为~1063.44 nm/RIU(RIU为折射率单位)。该生物传感器对H9N2 AIV的LOD为~2.7 ng/mL,相较采用Eudragit L100共聚物修饰DR-LPFG的生物传感器的LOD,提高了约96.1%,检测饱和浓度为50 μg/mL,对H9N2 AIV的亲和系数为~3.57×10 ⁸ mol ^-1·L,对H9N2 AIV具有高特异性,且能实现快速检测,在临床诊断、药物分析等生物医学领域有较大应用潜力。

基于X射线管的X射线荧光计算机断层扫描术(CT)受多种因素影响,成像质量不佳,几何参数误差是制约其高质量图像重建的重要因素之一。本文分析成像二维平面模体与探测器相对位置偏移对投影数据的影响,并基于原始投影数据和原始重建图像再投影数据的局部线性关系实现几何偏移参数校正;利用Geant4模拟存在偏移参数的扇束X射线荧光CT系统,使用模拟投影数据验证校正方法。研究结果表明:该方法能计算出相对精确的几何偏移量,有效消除几何参数误差对重建图像的影响,校正后的重建图像信息熵降低,平均梯度和标准差提高,图像质量提升。

电梯钢丝绳是承载轿厢重量的关键部件,针对钢丝绳断丝无法在线检测的问题,提出一种采用高光谱图像处理识别断丝的方法。选取样本与背景图像差异较大的特殊波段图像,将Otsu自适应阈值分割与Hough变换相结合,根据钢丝绳图像中直径所包含的像素数判断钢丝绳断丝程度是否达到报废要求。实验表明,此方法的均方误差、峰值信噪比和结构相似度分别达到650.9、19.9957和0.9404, Otsu阈值分割与Hough变换结合对于电梯钢丝绳图像处理是有效的,可以实现对电梯钢丝绳断丝的检测,为钢丝绳快速缺陷检测提供了新的解决方法。

道路湿滑程度是表征公路交通安全的重要指标,路面气象传感技术能准确检测道路积水和结冰的情况,进而定量分析临界滑水速度和路面附着系数等湿滑参数,通过实时调整车速甚至封闭道路,可有效预防交通事故。非接触式路面气象传感方法具有精度高、不破坏路基和安装灵活等特点,是目前的研究热点,但核心技术仍被国外垄断,设备价格十分昂贵。基于积水、结冰路面的红外反射光谱特征,利用1310 nm与1550 nm激光的反射光强,研究了一套水膜厚度检测及冰水状态判别的数学模型和探测方法。以此为基础建立了路面气象传感系统,并对系统的光学结构进行了仿真优化。实验结果表明,该系统的测量距离可达3~5 m,水膜厚度在9 mm下的测量误差小于0.1 mm,系统能够精准判别路面干燥、积水和结冰等气象状态,具备良好的实用价值。

提出一种反射型极大倾角光纤光栅(ExTFG)悬臂梁振动传感器。从理论上分析ExTFG的弯曲应变特性和振动传感原理,并利用ANSYS构建有限元模型,对传感器进行模态分析和谐振特性响应分析,通过实验研究其在受到周期性载荷下发生弯曲振动的动态响应特性。结果表明:反射型ExTFG悬臂梁振动传感器对加速度连续性激励信号展现出良好的动态响应,可通过调节传感器长度实现其固有频率的改变,在1~5g范围内具有良好的线性响应,其最大加速度灵敏度相对于透射式ExTFG振动传感器提高了约2.5倍, 横电模和横磁模时的最大加速度灵敏度分别达到0.3 V/g和0.26 V/g。此外,该传感器的传感探头尺寸足够小,以ExTFG作为敏感单元,无需额外封装,在实际应用中具有潜在价值。

常规X射线荧光计算机断层扫描(XFCT)成像中,探测角度与荧光收集效率密切相关。基于MCNP5设计了多探测角度下笔束XFCT成像系统,对质量浓度为1%的金纳米溶液柱形模体进行成像仿真,并采用滤波反投影(FBP)算法、联合代数重建(SART)算法和最大似然模型期望最大化(ML-EM)算法重建元素分布。通过对比度噪声比定量分析不同角度下不同算法重建图像的效果,研究探测角度对成像质量的影响。结果表明,FBP算法在背向散射角度下有较好的成像质量,SART算法和ML-EM算法在垂直角度和背向散射角度均有较好的成像质量。

为了改善普通81°倾斜光纤光栅在生化检测中灵敏度低、检测极限不理想等问题，提出一种基于氧化石墨烯修饰腐蚀型81°倾斜光纤光栅的牛血清蛋白生物传感器，分析了该传感器的原理与传感特性.使用氢氟酸溶液腐蚀减小光栅直径，提高其对折射率的灵敏度，并用氧化石墨烯修饰光栅，然后将牛血清蛋白单克隆抗体固定于光栅表面，用于对牛血清蛋白的特异性检测.实验结果表明，氧化石墨烯集成腐蚀型81°倾斜光纤光栅生物传感器对牛血清蛋白的检测范围为0.15~15 nmol/L，检测极限为~0.165 nmol/L，其线性响应区域的灵敏度为~182 pm/（nmol·L^-1），传感器的检测范围较氧化石墨烯集成标准直径81°倾斜光纤光栅有所降低，但其灵敏度提高了5.3倍，且检测极限有较大的改善.