浙江农林大学光机电工程学院，浙江 杭州 311300
基于视觉的光学三维重建技术得益于对场景干预少、获取信息丰富等优点，在探测范围有限、非接触的场合得到了广泛应用。首先，主要介绍了基于主动视觉下的结构光法、莫尔法、飞行时间法、激光扫描法和基于被动视觉下的立体视觉法、运动恢复结构法，并分析了这些技术的优缺点；其次，总结并讨论了光学三维重建技术在农作物信息感知研究中的应用现状；最后，对光学三维重建的未来研究进行了展望。
光学三维重建 主动视觉 被动视觉 农作物 信息感知 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0400004
航空工业北京长城计量测试技术研究所计量与校准技术重点实验室, 北京 100095
在原子干涉重力实验中, 拉曼激光制备常采用光学锁相环方法, 即先将主从激光器拍频信号与 6.8 GHz 微波信号源进行混频, 再与直接数字频率合成信号发生器进行鉴频鉴相, 得到的反馈信号用以控制激光器实现低噪声拉曼光输出, 而拉曼光相噪将直接影响原子干涉重力仪的灵敏度。本设计采用 STM32F103C8T6 单片机对 LMX2594数字锁相环芯片进行编程控制, 通过锁相环频率合成技术, 最终获得 6.8 GHz的微波信号源。测试结果表明, 该微波信号源相位噪声分别为 -65.2 dB@1 Hz、-95.3 dB@1 kHz, 频率稳定度为 2.72 × 10-11@1 s, 输出功率大于10 dBm。在脉冲间隔时间为 100 ms 时, 信号源对原子干涉重力仪灵敏度的影响为 8 × 10-8 m/s2/Hz1/2, 分辨率影响为 2 × 10-8 m/s2@600 s, 具有频率稳定度高、相位噪声低等优点, 可以满足原子干涉重力实验。
量子光学 原子干涉重力仪 微波信号源 相位噪声 锁相环 quantum optics atom interference gravimeter microwave signal source phase noise phase-looked loop
1 浙江农林大学光机电工程学院, 浙江 杭州 311300
2 江西农业大学工学院, 江西 南昌 330045
塑化剂是一种高分子材料助剂, 广泛应用于人民生活工作中的各领域, 长期或者高浓度接触对人体健康有巨大的潜在危害, 如今塑化剂危害事件频频发生, 对塑化剂的检测严控已成重中之重。 目前, 塑化剂的检测方法主要有气相色谱法、 气相色谱-质谱联用法及高效液相色谱法等, 但上述方法存在前处理繁琐, 技术要求高, 灵敏度低和检测耗时长等缺点, 不利于塑化剂的快速检测。 拉曼光谱分析技术具有无需样品前处理、 检测速度快、 能反应分子指纹信息等特点, 可以对物质进行定性定量检测分析, 其中表面增强拉曼光谱分析技术作为拉曼光谱分析技术的分支, 具有超高灵敏度、 高选择性和非侵入性等优势, 突破了普通拉曼光谱分析技术固有低灵敏度的局限性, 可以获得普通拉曼光谱分析技术所不易得到的结构信息, 在塑化剂检测中逐渐发挥优势。 文章简述了拉曼光谱分析技术的原理, 概述了普通拉曼光谱分析技术在塑化剂光谱特征峰确认及较高浓度塑化剂检测中的应用, 以及表面增强拉曼光谱分析技术在低浓度塑化剂检测中的应用。 如今利用表面增强拉曼光谱分析技术检测塑化剂所用的基底基本都为金纳米和银纳米为主, 按表面增强拉曼光谱分析技术中所使用的基底种类(Au纳米粒子、 Ag纳米粒子、 Au@Ag纳米)分别综述了表面增强拉曼光谱分析技术在微量及痕量塑化剂检测中的研究进展。 最后, 指出了塑化剂拉曼光谱检测存在的问题, 并展望了今后的发展趋势, 以期为今后的塑化剂检测研究提供参考和解决思路。
塑化剂 拉曼光谱 表面增强拉曼光谱 快速检测 Plasticizer Raman spectroscopy Surface-enhanced Raman spectroscopy Rapid detection 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1298
1 浙江农林大学光机电工程学院, 浙江 杭州 311300
2 江西农业大学工学院, 江西 南昌 330045
食用油是日常饮食的必需品, 可以为人体提供热能和脂肪酸, 是促进脂溶性维生素吸收的重要有机物。 随着人们生活水平的提高, 高档食用油已走进大众百姓的餐桌, 并深受欢迎和喜爱。 由于高档食用油市场售价高, 一些不法厂商为牟取暴利, 在高档食用油中掺入廉价食用油进行出售, 导致食用油掺伪事件时有发生, 已引起政府和民众的广泛关注。 为保障消费者的合法利益和维护正常的食用油市场秩序, 快速有效地检测食用油掺伪已刻不容缓。 近红外光谱技术以其简便、 快速、 无损、 无需样品预处理的特点, 被广泛应用于食用油掺伪分析。 概述了近红外光谱技术的基本原理, 综述了近十年来近红外光谱技术在橄榄油、 山茶油、 芝麻油、 核桃油等食用油的掺伪检测研究进展, 包括采用不同的试验装置与试验方法、 数据处理方法包括预处理、 特征波长选择及建模方法, 对二元、 三元及多元食用油掺伪进行检测研究, 从试验方法及数据处理等角度提高食用油掺伪检测的精度与适用范围, 以期建立较为有效的食用油掺伪定量检测与定性鉴别模型。 总结了食用油掺伪近红外光谱检测目前存在的问题, 包括食用油掺伪检测机理不明晰, 制备的掺伪食用油样本难以满足实际的复杂掺伪形式, 采用取样方式的掺伪检测仅能实现现场部分抽检, 及未建立食用油掺伪检测的统一标准规范。 展望了今后的发展趋势, 指出近红外光谱技术与其他快速检测技术融合获取更精准、 可靠的检测模型, 与物联网和大数据相结合构建食用油近红外光谱数据库, 实现光谱数据的共享、 掺伪检测模型的在线升级与远程更新, 将是未来的发展方向。
近红外光谱 食用油 掺伪检测 化学计量学 Near-infrared spectroscopy Edible oil Adulteration detection Chemometrics
1 浙江农林大学光机电工程学院, 浙江 杭州 311300
2 浙江农林大学数学与计算机科学学院, 浙江 杭州 311300
果蔬在收获、 运输、 贮藏、 分拣、 包装和销售过程中均会遭受不同程度的挤压、 碰撞或摩擦, 从而造成果蔬损伤, 如挤伤、 开裂、 擦伤等外部损伤, 同时, 在生长过程中会产生黑心、 水心、 褐腐、 霉心等内部损伤。 果蔬损伤初期特征不明显, 外观与正常果实基本无异, 然而随着时间的推移, 损伤组织恶化扩散, 最终导致整个果实腐烂变质, 又进而接触感染其他果实, 造成周边甚至整箱果蔬病变, 对果蔬产业造成巨大的经济损失。 果蔬采后损伤检测方法多种多样, 其中人工检测最为简单常用, 但是该方法不仅耗时耗力, 容易造成错判和漏判现象, 而且无法实现肉眼不可见的皮下或内部损伤检测。 近年来, 随着计算机技术的快速发展, 越来越多的无损检测技术被广泛应用于果蔬损伤检测, 其中最为常用的当属光谱和成像技术。 光谱成像技术通常结合图像处理、 光谱分析、 化学计量学方法、 统计分析等手段, 利用损伤果蔬和正常果蔬的图谱信号差异实现损伤检测, 具有无损、 快速等优点, 能解决人工检测耗时耗力且准确率低的问题。 在此主要概述了8种光谱及成像技术(近红外光谱、 拉曼光谱、 荧光光谱、 高光谱成像、 空间频域成像、 核磁成像、 X射线成像和热成像)在果蔬损伤检测的最新研究进展, 包括检测原理及其技术特点, 总结分析了各技术在果蔬损伤检测方面的应用情况, 并展望未来发展趋势, 以期为果蔬损伤无损检测提供借鉴与参考。
果蔬 无损检测 光谱技术 成像技术 损伤 Fruits and Vegetables Nondestructive Detection Spectroscopy Imaging Bruise 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2657
1 南京林业大学机械电子工程学院, 江苏 南京 210037
2 江西农业大学工学院, 江西 南昌 330045
3 浙江农林大学工程学院, 浙江 临安 311300
油脂中的反式脂肪酸(TFA)有害人们的身体健康, 有必要对其含量进行监测。 共收集各类食用植物油样本79个, 涉及9个品种和27个品牌, 分配到校正集和预测集的样本数分别为53个和26个。 采用QE65000拉曼光谱仪采集79个样本的拉曼光谱, 利用自适应迭代惩罚最小二乘法去除样本拉曼光谱的荧光背景; 在此基础上, 采用多种归一化方法对样本拉曼光谱进行处理, 并对拉曼光谱的建模波数范围进行初选; 再利用竞争性自适应重加权采样(CARS)方法筛选与食用植物油TFA含量相关的光谱变量, 并应用偏最小二乘(PLS)回归将食用植物油TFA的特征变量光谱强度与气相色谱测定的TFA真实含量进行关联, 建立食用植物油中TFA含量的定量预测模型。 研究结果表明, 多种归一化方法中, 有4种归一化方法均能提高PLS定量预测模型的性能, 其中Area normalization方法的效果最优; 经建模波数范围初选, 波数范围由686~2 301 cm-1缩减为737~1 787 cm-1, 确定较优的建模波数范围为737~1 787 cm-1; 经CARS方法筛选, 共有31个光谱变量被选择, 其选择的光谱变量主要分布在1 265, 1 303, 1 442及1 658 cm-1拉曼振动峰附近, 且974 cm-1拉曼振动峰两侧均有光谱变量被选择; 此外, CARS方法的PLS建模结果优于常用的无信息变量消除及连续投影算法。 由此可知, 激光拉曼光谱技术结合化学计量学方法检测食用植物油中的TFA含量是可行的。 归一化方法、 建模波数范围初选及竞争性自适应重加权采样(CARS)方法能有效提高TFA定量预测模型的预测精度和稳定性, 优化后的TFA定量预测模型的校正集及预测集的相关系数和均方根误差分别为0.949, 0.953和0.188%, 0.191%。 与未优化的预测模型相比, 预测均方根误差由0.361%下降为0.191%, 下降幅度为47.1%; 建模所用的变量数由683个下降为31个, 仅占原变量数的4.54%。
拉曼光谱 反式脂肪酸 食用植物油 竞争性自适应重加权采样 Raman spectra Trans fatty acid Edible vegetable oil CARS 光谱学与光谱分析
2019, 39(12): 3821
1 中国计量大学 质量与安全工程学院, 浙江 杭州 310018
2 山东省特种设备检验研究院 泰安分院, 山东 泰安 271000
3 杭州市特种设备检测研究院, 浙江 杭州 310018
基于Mach-Zehnder/Sagnac混合干涉仪原理, 利用分布式光纤对城市燃气管道进行泄漏监测模拟实验研究。对测量光纤长4 km和6 km时的干涉信号利用小波包能量谱提取法和绝对距离法相结合的方法诊断管道泄漏与否, 再结合频谱图进行泄漏定位, 最后对系统的虚警率(false alarm rate, FAR)进行了分析。结果表明, 与传统直接通过频谱图识别零点频率的方法相比, 虚警率降低了8.475%, 能够更准确地识别燃气管道泄漏与否, 从而提高系统监测及定位的可靠性。
分布式光纤 小波包能量 绝对距离法 虚警率 泄漏监测 distributed optical fiber wavelet packet energy absolute distance method false alarm rate leakage monitoring
1 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理国家重点实验室,绵阳,621900
2 四川大学高温高压物理联合研究所,成都,610065
2007年是芶清泉教授九十华诞之年.芶教授是我国原子与分子物理学界广受尊敬的著名科学家.借此机会,我们愿以简短回顾四川大学高温高压物理联合研究所三十年历程的方法,对建所以来芶教授通过联合高等院校与科研机构方式在合作研究与人才培养中的创举性工作致以崇高的敬意.
高压物理 二级轻气炮 爆炸激波管 静高压装置 人工合成 新材料 原子与分子物理学报
2007, 24(2): 213
1 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理国家级重点实验室, 绵阳 621900
2 四川大学原子分子物理研究所, 成都 610065
利用单色谱仪、压力传感器和示波器等组成的单色谱瞬态测试系统研究了苯的快速反应光谱及点火特性.由于苯在冲击波的作用下极易发生高温分解,介绍了一种在入射激波条件下确定含能材料冲击点火延迟时间和防止提前触发的新方法。运用反应动力学程序模拟出主要生成物(C2)浓度随时间的变化关系,结合谱仪记录的该生成物随时间变化的信号曲线,对两条曲线的起跳点,最大波峰进行比较.模拟结果与测定的出现时间符合得较好,证明该单色谱瞬态测试系统能够较好的研究冲击发射光谱的时间分辨特性.把光谱实验和化学反应动力学相结合分析了苯在快速反应过程中碳的生成机理。
光谱学 瞬态测试技术 苯 反应动力学
1 四川大学原子分子物理研究所,成都,610065
2 中国工程物理研究院流体物理研究所,绵阳,621900
3 井冈山师范学院物理系,吉安,343009
本文运用群论及原子分子反应静力学方法,推导了AlH分子的基态(X1Σ+)、第一激发态(A1Π)及第三激发态(C1S+)的电子态及相应的离解极限.并使用SAC/SAC-CI方法,采用D95(d)、6-311g(d)和cc-PVTZ等基组对AlH分子的基态(X1Σ+)、第一激发态(A1Π)和第三激发态(C1S+)的平衡结构和谐振频率进行了几何优化计算.通过对三个基组的计算结果与实验结果的比较,得到cc-PVTZ基组是三个基组中最优基组的结论.使用cc-PVTZ基组,对AlH分子的基态(X1Σ+)、第一激发态(A1Π)和第三激发态(C1S+)进行了单点能扫描计算,并给出了AlH的基态(X1Σ+)、第一激发态(A1Π)和第三激发态(C1S+)的Murrell-Sorbie函数形式的电子态的完整势能函数,进而得到了AlH分子第一激发态(A1Π)的激发能较小的结论.
分子结构与势能函数 激发态 Murrell-Sorbie函数 AlH AlH Molecular structure and potential energy function Excited state Murrell-Sorbie function 原子与分子物理学报
2005, 22(2): 375
