摘要：随着我国经济的高速发展,地表水污染问题日趋严重,实现地表水水质连续监测对于保障人类健康和保护环境至关重要。亚硝酸盐氮浓度是水质评估的一项重要指标,污染的水体对人畜及水产构成很大威胁。利用紫外可见吸收光谱检测有机污染物已经成为水质检测的重要方法。国内关于紫外可见光谱法检测亚硝酸盐氮的文献并不多,一般采用对水样进行化学前处理然后再利用紫外分光光度计预测浓度。这种方法不仅检测步骤繁琐,耗时耗力,对环境进一步造成污染,而且无法实现实时连续检测。无化学预处理的基于紫外可见吸收光谱法的亚硝酸盐氮浓度检测鲜有报道。采用紫外可见光谱法针对地表水水质的无人值守自动连续监测方法开展基础研究。配置了亚硝酸盐氮样本溶液,设计了为期三天的实验,每天分别测量所有样本的紫外可见光谱(记为D1组,D2组,D3组)。首先将前两天的样本分别进行偏最小二乘回归法(PLSR)建模,利用交互验证得到平均绝对相对误差(MAPE)分别为1.19%和1.85%,这说明PLSR模型具有优良的预测精度。其次,为了验证PLSR模型在不同条件下的适应性,取D1,D2的实验数据进行互相预测分析。两天互相预测的MAPE分别为3.36%和4.51%,低于5%,说明PLSR模型具有良好的鲁棒性。最后,将D1,D2的全部样本用于建立最终的PLSR实测模型,D3的样本作为测试集。测试集的MAPE为2.19%。结果表明,基于紫外可见光谱分析技术的PLSR算法对溶液中亚硝酸盐氮浓度的算法检测结果的MAPE均控制在5%以下,优于同类文献的测量精度。此外,PLSR模型建模过程简单,运算时间短;建好的模型结构简单更容易移植并固化到嵌入式系统中,为后期开发设计便携式装置带来便利。作为地表水亚硝酸盐氮浓度检测的基础研究,可为日后地表水水质的精准快速检测提供指导。

摘要：地表水资源安全关系到国民健康、生态环境稳定和经济可持续发展,具有重要战略意义。总有机碳(TOC)是一种衡量水体中有机物含量的综合指标,其在水环境监管和治理中具有重要价值。传统检测方法通过高温催化氧化测定水样中TOC含量具有耗时较长、操作复杂的局限性,紫外-可见光谱技术具有检测速度快、操作简单的优势,因而在水质在线检测中具有较好的应用前景。国内外对地表水中TOC浓度的在线检测目前大多采用与COD浓度间的相关关系进行间接推算得到,这类方法对水体成分的稳定性要求较高。相比于常规的间接推算方法,采用光谱定量分析方法建立TOC与紫外-可见光谱间的分析模型具有更好的鲁棒性和分析精度,便于实现水质无人值守在线监测。实验配置了TOC样本溶液,设计了为期两天的实验,在4个时间段采集得到样品光谱数据集(分别记为D1,D2,…,D6)。首先,通过分组实验将D1作为训练集建立TOC偏最小二乘(PLS)回归模型,预测同一时间段测试集D2的TOC浓度,得到平均绝对相对误差(MAPE)不超过0.78%,表明建立的TOC定量分析模型具有较高的精度。然后,为验证PLS建立的TOC模型对仪器状态变化的鲁棒性,选择不同时间段采集的光谱数据分别作为训练集和测试集,进行不同仪器状态交叉实验,4组实验中测试集样品TOC浓度预测值的MAPE分别为3.82%,3.75%,3.43%和0.98%。实验表明,采用PLS算法建立的TOC紫外-可见光谱定量分析模型具有较好的分析精度和鲁棒性,分组实验和不同仪器状态交叉实验中预测浓度的MAPE均不超过3.82%,优于常规的间接推算法。此外,建立的光谱定量分析模型不依赖COD与TOC间的推算关系,因此在水环境变化时较常规推算方法具有更好的适应能力。最后,PLS算法建模过程简单,运算速度快,为浸入式在线检测设备的开发和维护提供了便利。

摘要：开发了一种便携式植物叶绿素无损检测仪器,该仪器可实现对叶绿素浓度的实时、快速、无损检测。仪器主要包括4个部分:叶片夹具,光源驱动电路,光电检测及信号调理电路和微控制系统。提出了一种电流可调节的光源恒流驱动电路方案,在实现恒流驱动的同时还可以对驱动电流进行程控。同时提出了一种一体化叶片夹具设计方案,不仅简化了仪器的光学结构,而且提高了仪器稳定性。在仪器的标定实验中,用SPAD-502叶绿素测量仪测定的叶片叶绿素含量SPAD值作为标准值,建立了多元线性标定模型,对仪器的性能进行了评价,叶绿素预测值与标准值的相关系数为0.97,预测均方根误差为1.3SPAD,仪器重复性的均方根误差为0.1SPAD。标定实验结果表明,该仪器测量精度高、性能稳定。

摘要：建立了基于光电准直原理的姿态角测量系统,提出一种虚拟扩展成像面技术,应用于测量系统中,对图像传感器成像面进行复用,虚拟扩大系统的测量视场。介绍了系统的主要工作原理,在系统模型下,对可能影响系统测量精度的误差源进行了分析,建立其数学关系,对精度影响因素进行了定量仿真实验。按照仿真结果,对系统设计方案进行了分析验证。结果表明,分析的因素对系统的姿态角测量精度确实存在影响,以分析结果为参考,可以确定减小系统误差和提高测量精度的方法和途径。

摘要：通过分析透射电子显微镜的曝光机理,得出了荧光屏亮度与曝光时间之间的关系表达式。设计了TDX-200透射电子显微镜自动曝光电路,并通过实验对自动曝光参数进行了标定。通过对多种实际样品在不同工作模式下进行自动曝光试验,得到了相对清晰的电子显微像。结果表明,TDX-200透射电子显微镜自动曝光的设计满足要求。

摘要：提出了一种以Steger算法为基础,基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的递归流水逻辑结构,采用递归逻辑结构避免大规模高斯模板卷积带来的运算复杂度,同时,逻辑结构不受不同高斯参数选择的影响,增强了实用性,利用FPGA并行性完成多路运算,实现光条纹中心点提取。该逻辑结构更适用于连续图像数据的实时处理。

摘要：设计了一种基于平晶扫描的轴类零件直径测量系统。激光透射旋转的平晶产生扫描平行光,扫描光偏移光轴的距离是入射角及平晶自身参数的非线性函数,光电检测及计时电路获得测量周期和对应被测工件边缘的信号跳变时间,根据时间与转动角度的比例关系将所得时间量换算成入射角度,最终实现直径测量。利用刀口法进行标定实验,分别采用参数拟合法和RBF神经网络法确定实际非线性测量方程,完成了各测头的标定,进一步实现多测头系统标定,在100 mm的测量范围内,3σ重复性误差为0.006 mm,测量误差为±0.010 mm。

摘要：针对数字全息的精密机械结构三维检测中相位的跃变,在分析相位包裹产生的机理基础上,提出一种建立被测物体计算机三维辅助设计(3D-CAD)的光相位模型并进行解包裹的方法。将3D-CAD模型点云化处理,构建相位分布测量模型,获取被测物的相位图;通过搭建的双波长数字全息实验系统,拍摄被测物体的全息相位图并与模型的相位图进行初始对准和位置精确对准,计算全息图的包裹相位所对应的真实差值,获得全息测量的解包裹相位。仿真和实验分别采用不同表面形貌的被测物体,结果表明该方法对于精密结构的检测非常有效。

摘要：提出并实验研究了利用石英晶体自身特性产生光学偏置的线性电光调制器。利用某些电光晶体的自然旋光性和自然双折射,并合理设计晶体尺寸及其晶轴与光传播方向之间的夹角,可以提供所需要的光学偏置以实现大动态范围的线性电光调制。对于兼有电光和电致旋光效应的晶体,例如石英晶体,应考虑综合利用这两种效应对电光调制的贡献。实验研究了一块石英晶体的电光强度调制特性,在27V～4.5kV工频调制电压范围内,调制输出信号与调制电压之间的线性相关系数大于0.9999。

摘要：针对AOTF成像光谱仪的光谱图像退化程度难以定量化评价的问题,提出了包含后楔角影响的AOTF器件调制传递函数(MTF)定量计算方法。该方法通过建立AOTF的光谱-空间维响应模型获取AOTF器件的线扩散函数(LSF),然后通过线扩散函数傅里叶变换得到理论MTF。在验证实验中,截止频率内的MTF理论值与实测值相对偏差小于15%,可以为AOTF的像质评估提供理论依据。进而,通过该定量计算方法讨论不同AOTF后楔角对光谱图像像质的影响。通过仿真分析得出,AOTF的后楔角难以同时满足横向色差校正与图像退化抑制,需要根据实际应用对于空间分辨率以及横向色差的要求进行取舍。所以,针对AOTF不同后楔角进行光谱图像像质的定量分析对于评估AOTF光谱图像像质具有重要意义,为AOTF器件设计提供了理论依据。