摘要：研究了一氧化碳(CO)近红外波段直接吸收和波长调制信号去噪处理算法。从HATRAN数据库中得到CO气体的吸收信号作为仿真数据,提取直接吸收信号、1-f和2-f解调信号作为原始信号,研究了不同小波基以及不同的分解层数对叠加高斯白噪声的光谱信号去噪的效果。最后利用基长为0.95m有效光程为55.1m的Herriott型多光程池对CO在1.578μm处的第二泛频带P(4)吸收谱线信号进行测量和信号处理,与原始信号相比,经过信号处理过的直接吸收、1-f和2-f解调信号的信噪比都提高1～2个数量级;通过选择不同小波基和优化小波变换层数,增加了系统的抗干扰能力。

摘要：传统中药在世界范围的需求量巨大,尤其是屠呦呦在2015年获得诺贝尔医学奖以来,中药的受欢迎程度进一步得到了提高。然而,中药的质量标准管理中还存在较多关键性问题,其中,中药水分含量的检测是中药质量一致性控制中的一个重要因素。基于近红外LED吸收光谱的中药水分传感器,通常采用电平信号或锁相放大来实现信号的探测。方波激励可以获得水吸收光谱信号丰富的时域和频域响应信息,故常被用来作为水分传感器的激励源。针对待测样品的不平整度、提离效应及噪声等因素严重影响水分含量的时域特征量的问题,提出了一种基于方波激励的近红外吸收信号频谱分析的中药水分传感器。首先,利用中心波长为1450 nm的LED作为水吸收光谱信号的光源,并采用快速傅里叶变换获得水直接吸收光谱信号的频谱特征量。其次,分析和优化了激励方波信号参数,优化结果表明,当方波激励源的频率、幅值及占空比三个参数分别为100 Hz,1500 mV及50%时,水的吸收光谱信号最好。最后,制备了8组用于标定的肚痛丸样品和4组用于验证的肚痛丸样品,在优化激励方波参数基础上,建立了肚痛丸水分含量与奇次谐波信号幅度之间的线性关系。标定与验证实验结果表明,谐波分量中基频分量(100 Hz)和三次谐波分量(300 Hz)的幅值与肚痛丸的水分含量的线性相关系数r值分别为0.992和0.993,平均后的最小误差为1.0%,最大误差小于6.5%。该水分传感器把方波作为激励源,利用小波滤波算法对水吸收光谱信号进行去噪,并采用快速傅里叶变换算法将光谱吸收信号转换到频域后进行特征量提取,具有精度高、适用性强、实时在线测量等优点,在中药制药质量控制和过程分析中具有广阔的应用前景。

摘要：在高仿白酒不断充斥市场的环境下,真假白酒的鉴别已经成为人们食品安全重点关注的问题之一.基于不同酱香型白酒中糠醛成分在276 nm波长处的紫外光吸收光谱,提出一种低成本、便携式的酱香型白酒紫外吸收光谱鉴别仪.以波长为276 nm的低成本紫外LED作为激发光源,该光源入射装有待测白酒样品的比色皿中后,其透射光由高灵敏的韩国GuVB-S11SD紫外光电传感器转换为电信号,经放大滤波后进入16位ADC芯片进行模数转换,转换后的数字信号进入高性能32位ARM单片机中进行运算.采用稀释法配置不同质量浓度的糠醛溶液对设计的鉴别仪进行了传感校准实验,考虑到吸光度的非线性效应,采用分段拟合法进行了拟合,其相关系数分别为0.99656和0.98555.制备习酒和酣客两种酱香型白酒的酒样,进行了鉴别仪的验证实验.实验结果表明,鉴别仪在60~300 mg/L范围内,其线性度为0.99656,可以实现对不同酱香型白酒进行实际鉴别,并且成本低、体积小、操作方便,在酱香型白酒真伪鉴别中具有一定的应用前景.

摘要：设计了一种基于智能越野小车的可燃气体泄漏源搜索机器人。该机器人由越野小车、多传感器、移动相机、通信网络及计算机控制软件等组成。智能小车采用STM32F103作为主控制器,多传感器采集的气体参数、控制参数和现场实时图像分别通过433MHz通信模块、5.8GHz视频模块传送给计算机端相对应的接收模块。计算机中采用Lab VIEW编写实时控制和监控软件。实验结果表明:该系统机器人具有越野攀爬性能强、传输距离远及灵敏度高等优点。

摘要：为了研究免校准波长调制光谱技术对激光光强变化及外界干扰的免疫能力,采用基于免校准波长调制技术的多光程吸收光谱,以乙炔为测量目标,进行了理论分析和实验验证.结果表明,不同激光功率下得到的波长调制二次谐波信号幅值发生明显变化,但通过免校准的方法得到的信号变化较小,且受气流影响、部分遮光、系统振动等外界干扰影响较小;采用免校准方法实验得到的体积分数在5×10^-6~9×10^-5范围内的光谱信号拥有较好的线性度,相关系数达0.9997;采用Allan方差分析得到该实验系统的最小探测极限可达1.2×10-8.免校准波长调制光谱技术能较好地避免光强抖动、气流干扰、系统振动等干扰,从而提高系统稳定性和探测灵敏度.

摘要：为了实现火灾的快速准确早期预警,研制了一种基于分布式反馈激光器(DFB)的早期火灾预警系统.该系统采用片上系统(SoC)芯片STM32H743为主控制器,结合波长调制(WMS)和数字锁相放大技术(DLIA)实现了CO高灵敏探测.通过单片机内部集成的12位数模转换器和16位模数转换器实现光信号的调制和光电信号采集,并根据内部2倍参考信号进行数字相关运算、积分运算及一阶无限长冲击响应滤波算法实现DLIA算法,从而得到光谱信号的2次解调信号.采用静态配气法进行了系统的标定试验,其线性相关系数达到0.9988.利用该系统进行榉木,PVC,棉布,聚氨酯泡沫及A4纸的阴燃实验结果表明,阴燃产生CO体积分数达到5×10-6所需时间分别为340、250、250、150、110 s.结果表明此系统具有快速、准确的早期火灾预警功能.

摘要：基于可调谐半导体激光吸收光谱技术,研制了一套近红外波段的乙炔(C_2H_2)气体检测系统,该装置采用波长调制-多光程吸收光谱技术,提高了系统的检测灵敏度;为了优化系统测量条件,在压强范围为5.3~12.0kPa和调制幅度为0.010~0.035V条件下,测量了体积分数为5×10^(-5)的C_2H_2标准气体的光谱信号,并测量了不同浓度的C_2H_2在总压强为10.7kPa时的二次谐波信号;为了进一步验证系统的稳定性,采集60s的光谱信号,通过Allan方差分析获得了系统的最佳探测时间和探测极限。结果表明:压强为10.7kPa且调制幅度为0.030V时的二次谐波信号强度最大;C_2H_2气体浓度与二次谐波幅值呈良好的线性关系,并且C_2H_2体积分数为1×10^(-6)~5×10^(-5)时的测量误差较小,小于±2%;该实验系统的最佳探测时间为7.2s,探测极限为2.8×10^(-11);该仪器采用基于嵌入式系统设计的激光器驱动和数字锁相放大器,具有结构简单、体积小、便于集成等特点,适用于工业现场和气体运输等方面。

摘要：高铁轮对轮廓表面磨损的精密测量对于高铁稳定安全运行具有重要的研究意义.基于此,研制了一种基于激光三角测量原理的嵌入式高铁轮对表面磨损测量装置.以低功耗STM32F103单片机为主控制器,采用TCD1500C作为位移感光元件,软件模拟了CCD驱动时序,并利用主控制器内部模数转换器将CCD放大后的电压信号转换为数字信号,对数字信号进行FIR滤波和二值化处理,再由三角测距原理拟合得到轮对尺寸参数.同时,利用蓝牙通信接口将测量数据传输至上位机虚拟仪器面板中,在PC端进行可视化显示和结果分析.结合实际测量和安装尺寸,在ZEMAX中模拟和优化了Ernostar透镜组,以消除由于焦距变化引起的像差.采用线性拟合对模拟轮对测量进行了校准,并使用校准后的装置对模拟磨损轮对进行在线测量.实验结果表明,该实验装置最大可测量磨损程度可达32 mm,测量精度达21.28μm,测量分辨率为6μm,满足轮对表面磨损精度测量需求.