北京空间机电研究所 探测器技术实验室, 北京 100094
红外光子探测器的特性参数既可以用来衡量其探测性能, 又可以作为研制过程中改进器件性能的关键依据。特性参数的测试和分析, 是充分评价红外探测材料、制备工艺与器件性能的重要手段。系统地梳理了单元红外光子探测器特性参数的定义、测试方法和计算方法, 尤其着重阐述了特性参数的分析方法, 即由直接测得的特性参数分析出不可直接测得的特性参数。经过分析暗电流数据可得到特性参数如激活能、表面漏电流和载流子横向扩散长度。丰富了红外光子探测器的评价方法和优化方法。
红外光子探测器 特性参数 测试方法 分析方法 探测性能 infrared photodetectors characteristic parameters measuring method analysis method detection performance
1 中国气象局 气象探测中心, 北京 100081
2 阳江市气象局, 阳江 529500
3 黑龙江省气象数据中心, 哈尔滨 150030
4 武汉大学 遥感信息工程学院, 武汉 430072
为了保证雷达观测数据的准确性, 2017年9月中国气象局气象探测中心在国内首次开展了组网气溶胶激光雷达标定实验, 通过采用单部雷达的光电系统标定和基于统计分析策略的多部雷达比对观测标定方法, 对组网试验雷达共有的532nm米散射通道进行了检查标定。结果表明, 标定完成后, 532nm通道的后向散射系数的相对标准差在1km~2km高度范围从90.8%降低到20.4%, 在2km~5km高度范围从244.3%降低到了35.9%, 数据质量得到了较大提高。此次气溶胶激光雷达标定试验, 使雷达后向散射系数差异显著减小, 大大地改善了雷达观测数据的一致性, 这将为气溶胶激光雷达组网应用提供很好的硬件质控保证。
激光技术 气溶胶激光雷达 比对观测标定 统计分析方法 后向散射系数一致性 laser technique aerosol light detection and ranging comparison observation calibration statistical analysis method consistency of backscattering coefficient
1 青岛科技大学海洋科学与生物工程学院, 山东 青岛 266011
2 广西大学轻工与食品工程学院, 广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室, 广西 南宁 530004
在能源紧缺和环境恶化的双重压力下, 利用农林生物质替代化石资源生产生物燃料、 生物基化学品和材料逐步发展成为世界范围内的研究热点, 而细胞壁中纤维素、 半纤维素、 木质素以及其他少量组分的空间分布不均一性和化学结构复杂性构成了天然抗降解屏障, 严重阻碍生物质的转化效率, 因此需要对木质纤维原料进行预处理, 以期破坏细胞壁的宏观壁垒, 实现生物质的低成本高效转化。 在此过程中, 全面了解木质纤维细胞壁的化学组成、 结构特性及其在生物质转化过程中的解构机理是高效利用农林生物质的重要前提。 由于拉曼光谱具有样品制备要求低、 灵敏度高、 且能在原位状态下对样品进行定性、 定量分析等特点, 使得拉曼光谱成为研究木质细胞壁结构的有力工具。 尤其与显微技术相结合时, 可以同时获得木质纤维细胞壁主要组分的微区分布与超分子结构信息, 实现生物质转化过程中化学组分动态变化的可视化研究。 首先介绍了拉曼光谱成像的工作原理, 并对纤维素、 半纤维素和木质素的拉曼特征信号进行了归属。 其次, 总结了近几年拉曼光谱在生物质转化领域内的应用与研究进展, 综述了拉曼光谱在未处理状态下以及稀酸、 水热、 稀碱等不同预处理过程中的分析方法, 对细胞壁主要组分的分布进行表征, 以揭示预处理过程中各组分的溶出过程及迁移规律, 为在细胞及亚细胞水平探究预处理诱导细胞壁主要组分动态溶解机制提供了有效路径。 此外, 针对检测中收集的光谱数量过多、 分析难等问题, 文章重点介绍了主成分聚类分析法和顶点成分分析法两种拉曼数据分析方法, 用于提取特征信息并对光谱进行分类研究, 以深入探究特定组分的空间分布和分子结构。 最后, 根据上述分析展望了拉曼光谱在生物质转化领域的研究趋势, 为相关研究提供技术参考。
拉曼光谱 细胞壁 局部化学 预处理 光谱分析方法 Raman spectroscopy Cell wall Topochemistry Pretreatment Spectra analytical method
1 云南中烟工业有限责任公司技术中心, 云南 昆明 650023
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
3 中国昆仑工程有限公司吉林分公司, 吉林 吉林市 132000
4 红云红河烟草(集团)有限责任公司, 云南 昆明 650231
卷烟主流烟气是卷烟燃烧时被人体吸食到体内的主要气体, 其减焦降害已成为全社会高度关注的问题。 在各种卷烟主流烟气组分中, 巴豆醛以其强烈的基因毒性, 成为国家规定的卷烟中七种主要有害指标物之一。 传统的巴豆醛分析方法大都采用高效液相色谱法等实验室分析方法, 需繁琐的样品前处理过程, 无法测量巴豆醛的实时浓度, 难以准确评估巴豆醛对人体健康的影响。 为了快速、 准确地检测卷烟主流烟气中的巴豆醛组分, 本研究搭建了一套可以直接与吸烟机耦合的傅里叶红外光谱分析系统(FTIR), 并创新性开发过采样数据驱动光谱分析方法(ODDSA), 从复杂、 变动的卷烟主流烟气中准确提取巴豆醛的光谱组分信息。 ODDSA方法从实验设计入手, 采用随机设计的思路尽可能模拟实际卷烟样品的分布范围, 以构建具备良好光谱数据结构的样品集。 在此基础上, 创新性地将高密度小波变换引入红外光谱数据的处理过程中, 以时/频双域过采样的方式提升了光谱解析分辨率, 进而降低了其他基质组分对巴豆醛光谱信息的干扰。 最后, 发展改良竞争自适应重加权采样方法, 从多倍冗余的高密度小波系数中准确提取待测物质的最佳变量组合, 由此构建高质量的巴豆醛光谱定量分析模型。 为了验证ODDSA方法的有效性, 实验中采集了15种典型市售卷烟品牌, 每个品牌在线采集8支样品的主流烟气红外光谱, 随后采用随机挑选的25个验证集样本对ODDSA方法进行验证。 结果表明, 检验集的线性拟合系数为0.971, 相对均方根误差为5.5%, 其预测精度能有效满足卷烟主流烟气中巴豆醛的在线分析需求, 并可拓展到环境二手烟气中其他组分的在线监测, 进而为吸烟与健康评估提供全新手段。
过采样数据驱动光谱分析方法 卷烟主流烟气 巴豆醛 在线分析 Oversampling data driven spectral analysis Cigarette mainstream smoke Crotonaldehyde On-line analysis 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2450
航空工业西安航空计算技术研究所, 西安 710065
为解决具有时序相关、功能依赖、多态性、部件数量多等特点的IMA平台在可靠性分析中的困难, 提出了一种离散事件演化树仿真分析方法, 通过将IMA平台运行过程中的随机故障事件建立成离散故障事件序列,从而驱动系统状态的不断演化, 利用故障事件演化树分析离散故障事件对系统状态的影响, 通过建立系统多状态集合和大样本观测评估IMA平台在不同时刻处于各个系统状态的概率。该离散事件演化树仿真分析方法可实现IMA平台可靠性多态定量分析, 为设计提供理论数据依据。
IMA平台 离散事件演化树 可行性分析 仿真分析方法 IMA platform dicrete event evolution tree reliability analysis simulation analysis method
信息工程大学 信息系统工程学院, 郑州 450001
提出了一种新型的基于双枝节加载的T型四模谐振器，并且利用该谐振器设计了一款双模双通带带通滤波器。首先利用奇偶模分析法以及场分布分析法对四模谐振器的频率特性进行分析，谐振器的每一个谐振模式均可以被独立调节。然后对馈线枝节的参数进行了详细的分析，得到馈线对滤波器外部耦合系数的影响，以调整滤波器通带的带通宽度。接着分析滤波器传输零点产生的原因，得到零点变化的规律，从而调整零点位置，提高滤波器的选择性。缺陷地结构(DGS)被蚀刻在滤波器的金属层底面，以引入非谐振节点，提供源与负载的耦合，可以产生额外的传输零点，进一步提高滤波器的选择性，而且不会增大滤波器的体积。对该滤波器进行加工和测试，仿真结果与测试结果基本吻合。
四模谐振器 双通带带通滤波器 奇偶模分析方法 缺陷地结构 非谐振节点 传输零点 quad-mode resonator dual-band bandpass filter odd-/even-mode method defected ground structure non-resonant node transmission zero 强激光与粒子束
2019, 31(5): 053005
1 安徽大学安徽农业生态大数据工程实验室, 安徽 合肥 230601
2 安徽三联学院电子电气工程学院, 安徽 合肥 230601
3 中国科学院合肥技术创新工程院, 安徽 合肥 230031
动态表面增强拉曼光谱是在干态与湿态表面增强拉曼光谱(SERS)检测的基础上发展而来的, 不仅具有极好的信号增强, 还具有良好的重复性与稳定性。 提出了一种基于动态SERS与多元分析方法的敌瘟磷快速定量分析方法。 实验中, 首先测量100, 50, 10, 5, 1, 05和01 mg·L-1敌瘟磷动态SERS谱图, 并使用多项式校正方法去除光谱基线漂移。 然后, 处理后的全范围(600~1 800 cm-1)与特征范围(674~713, 890~1 195, 1 341~1 399和1 549~1 612 cm-1)光谱分别利用支持向量机回归(SVR)构建定量模型, 实现对敌瘟磷的定量分析。 同时, 实验还评估了主成分分析(PCA)对定量分析结果的影响。 实验结果表明特征范围光谱所建立的模型预测误差较小, 而数据经过PCA处理后预测误差得到进一步下降。 最优回归模型是由特征范围光谱经PCA处理后所构建的模型(RMSECV=0065 7 mg·L-1), 模型能够准确地预测敌瘟磷溶液浓度。 为了测试实际检测中的效果, 该方法被用来对苹果表面的敌瘟磷残留进行检测, 并通过气相色谱法进行验证。 结果表明该方法对于同一样本多次检测值波动较小, 且检测均值与气相色谱检测值相差较小, 相对误差最大仅为513%。 此外, 动态SERS检测可在2 min内完成, 且后续数据处理也可在数秒内完成, 同时整个过程的试剂消耗仅在2 μL左右。 因此, 所提出的方法在敌瘟磷快速准确检测具有极大优势。
动态表面增强拉曼光谱 多元分析方法 敌瘟磷 快速定量分析 Dynamic surface-enhanced Raman spectroscopy Multivariate analysis method Edifenphos Rapid and quantitative analysis
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621999
激光熔池流动模式和熔池流动特征决定了焊缝成形和焊接缺陷的分布, 因此研究不同焊接位置对激光焊接流动行为的影响对优化焊接位置和焊接参数具有重要意义。采用1.5 kW板条型CO2气体激光进行了平焊和立焊向上、立焊向下等不同焊接位置下的焊接试验, 并采用高速摄像对其熔池小孔特征进行了监测, 再采用粒子图像测速(PIV)方法对熔池流动特征进行了定量表征和分析。明确了激光焊接时的熔池流动模式, 在熔池区域存在着两个大的涡流区域, 分别在熔池周围和在熔池的尾部。与立向上焊相比, 激光立向下焊的熔池形状呈扁圆形, 宽度增加而长度减少, 小孔的面积增加, 其熔池流动的脉冲特征减弱, 熔池流动的稳定性增加。这与立向下焊时熔池上方液态金属受重力影响向下流动, 与下方液态金属受蒸汽反冲压等驱动向上流动, 两者相遇产生的强烈搅拌作用有关。这为理解不同焊接位置不同的焊缝成形和气孔率差异提供了依据。
激光焊接 焊接位置 熔池流动 定量分析 PIV分析方法 laser welding welding position flow behavior of molten pool quantitative analysis particle image velocimetry
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为了研究气候变化, 需要实现遥感卫星对二氧化碳(CO2)的高精度测量。气溶胶和透射率较高的薄卷云的散射是影响大气中CO2反演精度的主要环境因素。结合主成分分析(PCA)的统计方法和光程概率分布的密度函数(PPDF)方法, 利用PCA方法得到大气CO2反演的先验值, 避免了因偏差过大而导致的运算结果无法接近真值; 基于3层PPDF模型, 解决了薄卷云和气溶胶散射引起的光子路径变化而导致的吸收谱线变化的问题。结果表明, PCA方法和PPDF方法联合反演的反演精度得到明显提高; 对2013年塔克拉玛干沙漠GOSAT数据的反演结果进行分析, 采用单一的PPDF方法得到的反演结果的方差为3.5, 两种方法相结合得到的反演结果的方差为1.4, 优于日本国立环境研究所(NIES)提供的反演方差(1.6)。
大气光学 二氧化碳反演 光程概率分布的密度函数方法 主成分分析方法 薄卷云和气溶胶散射
