1 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
3 桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院, 广西 桂林 541004
浮游植物初级生产作为海洋生态系统的重要起点, 是海洋食物网的基础, 是衡量海水质量的重要指标。 为了准确测量、 监测和预测浮游植物初级生产力的时空变化及其对外部环境条件的动力学响应, 研究了一种基于叶绿素荧光动力学的测量技术, 研制出响应时间为1.6 min、 精度为4.86%的快速测量仪器。 仪器测得的浮游植物初级生产力与液相氧电极法测得的光合放氧速率的相关系数为0.991。 该仪器装备在中国海监101号实验船上, 用于黄渤海浮游植物初级生产力在线测量和垂直剖面测量。 测量结果表明, 渤海湾内的浮游植物初级生产力是湾外的1.1~1.4倍, 垂直剖面测量结果显示黄海区域各点位的浮游植物初级生产力的均与深度相关。 与传统方法相比, 所研制的仪器具有快速、 稳定、 无需样品培养等优点, 可为海洋生态环境评价提供先进的技术方法。
浮游植物 荧光动力学 光合荧光参数 初级生产力 快速测量 Phytoplankton Fluorescence kinetics Photosynthetic fluorescence parameters Primary productivity Fast measurement
塑料产品除了在自然环境中可降解为微塑料污染环境之外, 还会产生挥发性有机物, 同样对环境造成巨大的污染和危害, 因此对塑料挥发物的测量就显得尤为重要。 目前传统挥发物的测量方法, 如环境质谱法和色谱法等, 存在测量过程复杂, 成本高, 无法实时测量等缺点, 因而需要一种快速有效的针对塑料挥发物的测量方法。 采用傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR Spectrometer)结合怀特池对塑料挥发物进行测量, 但是由于抽取式傅里叶变换红外光谱仪本身灵敏度有限, 很难实现微量的塑料挥发物的测量, 所以针对这一问题, 尝试通过长光程气体池提高常规傅里叶变换红外光谱仪的灵敏度从而实现不同种类塑料挥发物的测量。 选取了5种塑料产品, 分别是低密度聚乙烯(LDPE), 高密度聚乙烯(HDPE), 聚乙烯(PE), 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET), 聚丙烯(PP), 利用光程长为20 m的怀特池结合傅里叶变换红外光谱仪实现了其中一些挥发物的光谱特征观测, 实验观察到所有种类的塑料在2个光谱波数段具有明显的光谱特征, 分别为800~850和1 050~1 150 cm-1。 除聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)外, 其余4种塑料挥发物在2 800~3 000 cm-1还存在明显的光谱吸收波段。 进一步又研究了不同温度条件下塑料产生的挥发物, 通过分析不同温度条件下的塑料产生的挥发物的红外光谱, 发现除低密度聚乙烯(LDPE)在两种温度条件下光谱差异较大外, 其他种类的塑料挥发物红外光谱差异较小。 该研究提出了一种新型的基于长光程FTIR的塑料挥发物的测量方法, 证实了其在塑料挥发物测量方面的有效性, 这种方法具有测量成本低, 可连续观测, 实时在线等优点, 为实现连续在线的塑料挥发物排放通量监测奠定了基础。
中红外 长光程气体池 塑料挥发物 快速检测 Mid-infraredspectroscopy Long optical path gas cell Plastic volatiles Fast measurement 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3039
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Science and Technology on Tunable Laser, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
The phase-sensitive optical time-domain reflectometry (φ-OTDR) is a good candidate for distributed dynamic strain sensing, due to its high sensitivity and fast measurement, which has already been widely used in intrusion monitoring, geophysical exploration, etc. For the frequency scanning based φ-OTDR, the phase change manifests itself as a shift of the intensity distribution. The correlation between the reference and measured spectra is employed for relative strain demodulation, which has imposed the continuous measurement for the absolute strain demodulation. Fortunately, the Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) allows for the absolute strain demodulation with only one measurement. In this work, the combination of the φ-OTDR and BOTDA has been proposed and demonstrated by using the same set of frequency-scanning optical pulses, and the frequency-agile technique is also introduced for fast measurements. A 9.9 Hz vibration with a strain range of 500 nε has been measured under two different absolute strains (296.7με and 554.8 με) by integrating the Rayleigh and Brillouin information. The sub-micro strain vibration is demonstrated by the φ-OTDR signal with a high sensitivity of 6.8 nε, while the absolute strain is measured by the BOTDA signal with an accuracy of 5.4 με. The proposed sensor allows for dynamic absolute strain measurements with a high sensitivity, thus opening a door for new possibilities which are yet to be explored.
fiber optics sensor Rayleigh scattering Brillouin scattering fast measurement Opto-Electronic Advances
2020, 3(12): 12200013
暨南大学信息科学技术学院电子工程系, 广东 广州 510632
针对传统布里渊光时域分析(BOTDA)技术测量速度慢的问题,提出并设计了一个基于相干检测数字光频梳(DOFC)的快速BOTDA传感系统。利用相干检测DOFC,在不扫频的情况下重构传感所需的布里渊增益谱(BGS)和相位谱(BPS);结合BGS和BPS,传感光纤的布里渊频移分布可在不作任何平均处理的情况下快速获得,极大地缩短了BOTDA传感系统的响应时间。实验测试可知,传感系统在10 km传感光纤上的响应时间为0.1 ms,其温度和应变的探测精度分别达到了1.6 ℃和44 με,相应的温度和应力测量最大偏差分别为0.3 ℃和小于10 με。实验结果表明,基于相干检测DOFC的BOTDA传感系统可快速实现温度和应力的长距离、高精度传感。
光纤光学 传感系统 数字光频梳 受激布里渊散射 布里渊光时域分析 快速测量 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 110602
1 91388部队, 广东 湛江 524022
2 中船重工集团第715所, 浙江 杭州 310023
为满足海水温度高精度快速测量的需求,提出了一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的温度传感方案。该传感器由硅片和光纤尾纤组成,硅片作为光纤F-P传感器F-P腔的腔体,利用硅的热光效应和热膨胀效应实现温度的传感。采用基于二分法的交叉相关快速解调算法对光纤F-P传感器进行高精度的快速解调。对制作的光纤F-P温度传感器进行测试,结果表明:该传感器可达到0.15 ℃的温度测量精度,可分辨0.001 ℃的温度变化,温度响应时间可达到128 ms。该传感器有望在投弃式测量领域得到应用。
光纤光学 法布里-珀罗传感器 温度传感器 快速测量 中国激光
2018, 45(12): 1210001
1 太原理工大学, 山西 太原 030024
2 北京农业智能装备技术研究中心, 北京 100097
3 国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097
近年来, 有关水果糖分等内部品质的近红外光谱测量方法研究很多, 并有部分商业化仪器问世。 但由于近红外光谱复杂多变, 模型的传递性较差, 往往所建模型只能针对特定品种甚至特定产地的水果。 随机森林(RF)是一种基于决策树的集成算法, 通过对分类回归树(CART)模型的集成来提高预测精度。 相对于偏最小二乘法(PLS), 多元线型回归法(MLR)等方法, 随机森林回归方法对非线性数据的解析能力较强。 考虑到RF模型的随机性, 通过调试决策树数量(ntree)和分裂变量数目(mtry)等变量来进行模型优选。 尝试使用随机森林对不同种类的水果(苹果、 梨)糖分进行预测。 实验表明, 对于同一种类的水果, 随机森林和PLS的建模和预测结果均较好。 但对于不同种类的水果, 随机森林明显增加了模型的预测能力, 将建模R2由PLS的0.878提高到了0.999, 将建模的RMSEC由0.453降低到了0.015。 经过独立的预测集样品对最优RF模型进行检验, 预测R2由PLS的0.731提高到为0.888, 预测RMSEP由1.148降低到0.334。 随机森林在对多种水果糖分预测时, 具有明显的优势。 这一研究证明了随机森林有望应用于多种水果糖分的近红外光谱测定, 进而解决模型的普适性和传递性问题。
近红外 随机森林 苹果糖分 快速检测 Random forest Near-infrared spectroscopy Fruit sugar Fast measurement 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1766
提出一种将傅里叶与相移法结合的三维物体快速测量方法.通过时域提取精确的均值包络与频域滤波结合的方法预处理条纹, 结合基于相位半角的两步相移, 只需要两幅相移条纹图, 即可得到精确的相位信息.通过仿真和实验将本文方法与现有方法进行了分析对比, 实验结果证明, 本文方法可以获得优于现有两步相移方法的准确度, 一般测量环境下的均方根误差在3×10－3 rad以内.本文提出的方法对噪声和表面突变不敏感, 具有鲁棒性好、运算速度快、准确度高等优点, 在三维快速测量领域有较高的应用价值.
光学测量 相位测量轮廓术 快速测量 相移法 傅里叶变换 均值包络 相位展开 Optical measurement Phase measuring profilometry Fast measurement Phase shifting algorithm Fourier transform Mean envelope Phase unwrapping
1 中国科学院深圳先进技术研究院， 广东， 深圳 518055
2 中国科学院健康信息学重点实验室， 广东， 深圳 518055
太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种新兴的光谱测量技术，是太赫兹(THz)领域的研究热点。传统THz-TDS系统利用步进的时间延迟线进行扫描，并通过锁相放大器获得THz信号。这种方法检测THz信号的速度有限，无法应用于某些要求快速测量的场合。而快速扫描THz-TDS系统可以实现THz信号的快速检测，易于进一步扩大其应用范围。总结介绍了快速扫描THz-TDS系统在国内外的代表性研究进展，对几种实现快速扫描的方案进行了分析比较，并提出了一定的改进方法。
光谱学 太赫兹 太赫兹时域光谱 快速扫描 快速检测 激光与光电子学进展
2011, 48(12): 123001
