摘要：在近红外光谱分析应用中,温度扰动导致的光谱变化对于定量分析的准确度影响较大。针对温度扰动识别及定量分析的需要,研究了基于双光谱二维相关谱(2T2D-COS)的光谱扰动分析方法。选择葡萄糖水溶液为样本,根据人体血糖浓度范围和在体组织温度范围设计实验,测量样本在浓度扰动和温度扰动下的透射光谱。对其进行基线校正和滤波预处理后,通过2T2D-COS分析得到浓度扰动和温度扰动下的异步谱。结果表明,温度扰动引起的交叉峰出现在强氢键结合水对应的特征吸收波长(1474 nm)和弱氢键结合水对应的特征吸收波长(1410 nm)附近,而葡萄糖浓度扰动引起的交叉峰出现在水分子对应的特征吸收波长(1450 nm)和葡萄糖分子对应的特征吸收波长(1595 nm)附近。为了定量分析样品温度,进一步提取了温度扰动异步谱交叉峰1410 nm波长下的切片谱,其在1410~1600 nm波段的相关峰强度随温度的升高而增大,与样品温度之间具有较好的相关性;选择波长(1475±4)nm范围内的切片谱,对谱峰强度积分后进行线性拟合,建立样品温度的线性回归模型,对温度的预测均方根误差可以达到0.1259℃。以上结果表明,双光谱二维相关谱只需要对两条光谱进行运算,就可以通过异步谱中交叉峰的位置判别扰动来源,还可以根据交叉峰的强度对温度进行定量分析,且只需要较窄特征波段的光谱就可以建立高精度的温度预测模型,为简化在体光谱测量系统的设计,减少在体温度变化的影响提供了重要参考。

摘要：针对难加工的镍基高温合金小孔加工,设计了一种新颖的超声振动复合电火花小孔高速加工系统,该系统集成了电极超声振动、电极旋转和电极中心出水等功能,可方便地应用于其他电火花加工机床,并在镍基高温合金GH4099材料工件上开展了一系列小孔加工试验。通过改变加工电流和时间,对比材料去除率、电极损耗率和小孔形貌等指标。试验结果表明:超声振动复合加工在小电流加工时,可以有效地提升材料去除率,并减少相对电极损耗率。在同等条件下,当峰值电流为1 A时,使用该系统加工的孔深度较普通电火花加工的提升89.62%;当峰值电流为6 A时,相比于普通电火花加工材料去除率提升46.42%,相对电极损耗率减少了25.85%。该系统具有更稳定的加工过程,为难加工金属电火花精加工提供一种便利、高效的解决方案。

摘要：本文提出一种金属镜面上纳米光学天线阵列结构,天线采用金纳米立方体,单个点辐射源位于天线和金镜面之间的纳米间隙内.天线和金镜面之间的纳米间隙支持间隙表面等离激元,能够增强自发辐射速率;同时,周期排布的纳米天线支持表面晶格共振(surface lattice resonance,SLR),通过适当设计阵列周期,可实现沿垂直于基底方向的远场定向辐射.本文结合阵列扫描法(array scanning method,ASM)和全波严格数值方法,计算了辐射源的自发辐射速率.对于远场辐射强度角分布的计算,本文给出了互易定理方法的严格表述和证明过程,该证明过程不同于已有文献中的证明过程,对于无限大周期结构具有更严格的适用性,或者具有更低的计算量.本文提出的天线结构和设计方法可用于指导设计高速、高亮度、定向辐射光源.

摘要：本文提出一种具有宽波段自发辐射增强性能的金属基底上光学偶极纳米天线,实现的总辐射速率与远场辐射速率增强因子分别达到5454和1041,在近红外波段,自发辐射增强(Purcell因子超过1000)波长范围达到260 nm,并且能够实现远场定向辐射.为了阐明天线性能背后的物理机制,本文考虑天线臂上表面等离激元激发和多重散射的直观物理过程,基于Maxwell方程组第一性原理,建立了一个半解析模型,能够全面复现天线的辐射特性,包括总辐射速率、远场辐射速率、远场辐射方向图等.该模型提供了一个直观的物理图像,即在模型导出的两个相位匹配条件下,表面等离激元在天线臂上形成了一对Fabry-Perot共振获得增强,然后传播到纳米间隙内点辐射源位置和散射到自由空间,由此分别提高了总辐射速率和远场辐射速率.并且,这一对Fabry-Perot共振产生了一对相互靠近的谐振峰,由此形成了宽波段自发辐射增强.本文提出的偶极纳米天线可以应用于荧光增强、拉曼散射增强及高速、高亮度纳米光源等领域,所提出的模型可用于光学天线的物理理解和直观设计.

摘要：为了提高质谱仪熔样系统的熔样精度、效率和自动化程度,以惰性气体同位素质谱仪为实验对象,对熔样系统的智能化进行研究。完成了激光熔样系统中二维样品台的重新设计,石墨炉进样系统的自动化设计。设计了一系列控制子程序,并对视觉系统进行了标定。标定后的激光熔样系统有很高的精度,重复性误差为0.005 mm。实验结果表明,改造后的熔样系统有很好的稳定性,提高了效率。

摘要：为了实现对近景目标的高速三维跟踪,设计了一种小型仿生复眼系统,并将其与可开窗相机相结合。介绍了系统的结构与设计原则,提出了一种适用于多孔径系统的跟踪与探测策略。利用卡尔曼滤波器对图像传感器进行多路并行开窗,从而克服视场与空间分辨率对跟踪速度的制约,在较低代价的前提下实现了高速三维跟踪。采用蔡氏两步法对7子眼复眼镜头进行了统一标定,并建立了归一化多目探测模型,在实时跟踪的基础上实现了三维信息获取。为了验证系统的高速三维跟踪效果,在3 000f/s的帧频下,对一个以10r/s的角速度做匀速圆周运动的目标进行了实时跟踪,并重构出目标在距相机150mm处的三维运动轨迹。实验结果表明,系统能够有效实现对高速运动目标的实时跟踪与三维粗定位。分析了影响系统三维探测精度的因素以及提高精度的方法,为用于全景高速三维探测的复眼跟踪系统的研制奠定了基础。

摘要：研究了微透镜阵列加工误差对光学系统成像性能的影响规律,寻求利于改善光学性能的面形误差分布。对面形误差与波前像差之间的转换矩阵进行建模,使仿真与计算的波前像差达到纳米级的误差精度,选用具有正交性的Zernike多项式作为光学和机械的接口,表示加工后光学表面的面形误差,并分别作为干涉图数据引入到已设计的子眼透镜表面,量化分析不同位置下畸变、点列图、点扩展函数(PSF)、调制传递函数(MTF)的改变情况。分析结果表明相同形状分布下,面形精度峰谷(PV)值对光学系统畸变和MTF的影响呈现递变规律,并且点扩展函数的二维分布与视场位置存在明显的对应关系;相同面形精度下,向左和中心对称分布的面形误差使得畸变、点列图和MTF在一定相对位置得到改善,而降低了其他相对位置的光学性能。综合考虑各光学参数的变化情况,向右对称分布的面形误差分布对于改善光学系统成像性能有利,为实现成像质量的可控超精密加工制造提供了理论基础。

摘要：为了在连续血糖监测中实现微量组织液的透皮抽取和收集,采用微流体技术,利用聚二甲基硅氧烷(Polydimethyl-siloxane,PDMS)设计加工了组织液透皮抽取装置。首先,采用模塑法加工得到组成装置的4层PDMS。接着,采用氧等离子体键合方法键合PDMS获得能够产生真空负压的文氏管,用于注入生理盐水、抽取组织液和收集组织液的腔体,控制流体传输的气动阀以及连接各部分的微管路4部分装置。然后,测量文氏管的输出负压和气动阀的关闭压强。最后,检验了装置抽取和收集组织液的功能实现情况。结果显示,将220 kPa(绝对压强)的氮气通入文氏管的输入端口,在文氏管的喉部端口获得了92 kPa(绝对压强)的真空负压。另外,只需低于65 kPa(相对压强)的压强就可以关闭采用PDMS薄膜加工的常开型气动阀。该装置可在气动阀的控制下,利用文氏管产生的真空负压,自动完成生理盐水的注入、组织液的抽取和收集。

摘要：连续血糖检测对糖尿病的诊断与治疗具有十分重要的意义。本文设计了一种集成化、自动化的微创血糖连续检测仪器,该仪器通过微流控芯片透皮抽取组织液,利用单片机精确测量透皮抽取组织液的体积,并采用酶比色法检测组织液的葡萄糖浓度,利用组织液与血液的葡萄糖浓度相关性实现连续血糖检测。由于透皮抽取的组织液体积很小且分散在皮肤表面,为了便于收集,利用生理盐水对抽取出的组织液进行稀释,稀释后的组织液中葡萄糖浓度在3～50mg/dL。为了测量低浓度葡萄糖,实验选取了1～50mg/dL中的10个浓度的葡萄糖溶液进行吸光度测量,根据光谱数据与葡萄糖浓度建立吸光度模型,结果表明该酶比色检测方法在1～50mg/dL葡萄糖浓度内具有良好的线性度,测量相对标准偏差小于0.65%。该仪器能够实现自动化控制,为糖尿病的诊断提供依据,在微创血糖连续检测领域具有良好的应用前景。

摘要：低频超声和真空负压透皮抽取出的组织液体积小且在皮肤表面呈散点状分布,使得对微量组织液进行收集、定量、输送和浓度检测存在很大困难。针对这一问题,基于组织液透皮抽取式微流控芯片和微机械葡萄糖浓度传感器,研制了一套组织液透皮抽取式微创血糖检测仪。设计了该微创血糖仪各部分功能器件及其接口电路,完成了该仪器系统硬件设计和软件设计,并通过搭建的离体猪皮模拟组织液透皮抽取实验系统,验证了组织液透皮抽取式微创血糖检测仪的性能和测量结果的准确性。