1 山东省科学院自动化研究所, 山东 济南 250014
2 中国科学院重庆绿色智能研究院, 重庆 400714
介电谱技术是一种利用宏观介电参数分析微观结构变化的技术。相比于微波频段,太赫兹介电谱含有丰富的指纹谱信息,能反映物质内部多种运动模式。在太赫兹频段研究了天然橡胶制品热氧老化后的介电谱,进而分析了分子结构的变化。研究结果表明,经过不同老化时间后,样本的太赫兹介电常数的实部和虚部均具有明确的变化规律,且与材料在老化中的微观结构变化相对应。对测试得到的太赫兹介电谱数据进行拟合,获得了相应的零频介电常数、光频介电常数和介电强度,从分子整体结构的角度分析了橡胶老化过程中材料的极性结构和分子间的网络化结构与分子链分解和交联的关系。研究结论表明,太赫兹介电谱在材料老化无损检测方面具有潜在的应用价值。
材料 太赫兹 天然橡胶 热氧老化 介电谱 拟合函数 中国激光
2020, 47(12): 1214001
齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院自动化研究所, 山东 济南 250100
采用太赫兹时域光谱系统测试黄芩苷混合物的光谱,发现黄芩苷混合物在0.3~1.5 THz波段具有明显的吸收特征;采用二维相关光谱(2DCOS)算法进行分析后发现,混合物光谱对外扰变量(黄芩苷的浓度)变化敏感。在光谱分析的基础上分别建立了基于支持向量机(SVM)和偏最小二乘法(PLS)的定量分析模型,采用Kenard-Stone(KS)法选择模型的校准集和验证集,引入相关系数和均方根误差评价建模效果。结果表明:基于支持向量机和偏最小二乘法的定量分析模型的预测数据与实际数据均表现出良好的相关性,并且均方根误差较小,能够实现对黄芩苷的定量检测;SVM模型的预测结果优于PLS模型。研究结果为药物质量检测提供了一种新方法,对药物的质量检测具有重要意义。
光谱学 太赫兹 黄芩苷 二维相关光谱 支持向量机 偏最小二乘法 定量检测
1 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 长春 130012
2 电子科技大学中山学院 电子信息学院, 广东 中山 528402
3 珠海任驰光电科技有限公司, 广东 珠海 519000
为了实现海洋水位实时监测以进行有效的海啸预警, 提出了一种全光纤干涉式水位传感系统.针对海洋水位变化范围大、变化速度快的特点, 采用基于双准直器对准的改进式干涉结构和线性调频相位解调方法, 以实现对海洋水位值的大量程、高精度、快响应测量.实验结果表明该水位传感系统的可测量程为0~109.14 m, 测量精度达±1 cm, 可实现0.01 s的响应时间, 具有较好的实时性.该系统对海洋水位监测、海啸预警具有十分积极的意义.
光纤传感 海洋水位监测 水位传感系统 双准直器结构 线性调频相位解调 Fiber optic sensing Ocean water level monitoring Water level sensing system Double collimators structure Linear frequencychirp based phase demodulation
吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130012
为有效地预防、控制海上溢油事件对经济和海洋生态环境造成的严重影响, 针对不易被早期发现的小面积溢油, 结合表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)传感技术的实时性、灵敏度高、样品消耗少等特点, 提出了一种新颖的小型海上溢油监测系统。具体而言, 根据所采用的非扫描角度调制模式下的四层Kretschmann型棱镜耦合传感结构和原油样品折射率变化范围, 通过MATLAB仿真确定传感装置中各元件最优参数和相对固定位置, 得到理论检测灵敏度为6.094×10-5 RIU。依仿真结果搭建实验装置, 对蔗糖溶液和原油样品进行了实验分析。实验表明: 蔗糖溶液检测灵敏度与理论仿真灵敏度同数量级, 达到9.017×10-5 RIU, 证实实验装置有效, 原油检测结果符合SPR响应趋势, 验证了该系统方案的可行性。
表面等离子体共振 溢油监测系统 SPR传感单元 MATLAB仿真 实验分析 Surface Plasmon Resonance(SPR) monitor system of oil spill SPR sensor element matlab simulation experimental analysis 红外与激光工程
2019, 48(8): 0813006
1 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院自动化研究所 超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室, 山东 济南 250014
2 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
天然橡胶制品的老化是其使用中普遍存在的现象, 老化的本质是材料本身存在缺陷而容易被外部因素影响。介电谱是表征电介质对电磁波频率或温度的依赖关系, 是微观极化的一种宏观体现。参照橡胶热空气老化标准GB/T3512-2014, 对天然硫化橡胶在100 ℃实验箱中进行了1 000余小时热氧实验, 研究样品的太赫兹介电谱随老化时间的变化关系。通过跟踪测试, 获取了橡胶每24 h在0.2~1.2 THz的复介电常数和损耗角正切值有效数据, 根据复介电常数数值可以推导橡胶的极化特点和统计性的微观运动类型, 进而分析用太赫兹介电谱表征的天然硫化胶热氧老化过程中分子结构变化和相互的对应关系。由于材料老化的相通性, 该结果对研究其他高分子材料的老化也能起到积极的意义。
太赫兹 热氧老化 介电常数 天然硫化橡胶 terahertz thermal oxidation aging dielectric constant natural rubber vulcanizates 红外与激光工程
2018, 47(10): 1025002
吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 长春 130012
为了获得更高的线性度和更强的抗干扰能力, 提出一种改进的相位生成载波解调算法.利用滤去直流量的干涉信号及其与基频相混频的信号来进行运算, 将两路信号倍频后的差分结果与其相乘后的微分结果相除来实现对被测信号的解调.该方法可有效消除光源扰动和直流分量对解调结果的影响.仿真结果验证了改进解调算法的可行性及优势, 与传统算法相比获得了更高的线性度和更强的抗干扰能力, 并打破了基频混频只适用于小信号的局限性.搭建实验系统进行验证, 结果表明改进算法的频率解调准确率较高, 且强度响应一致性较好.
光纤传感 相位解调 相位生成载波 直流分量 光源扰动 Optical fiber sensing Phase demodulation Phase generation carrier DC component Light intensity disturbance
吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 长春 130012
提出一种基于时钟同源I/Q解调的相位敏感光时域反射系统解调方法.分析了调制信号与混频信号非同源不一致对解调结果的影响, 采用声光调制器调制信号、斩波信号与I/Q混频信号时钟同源的方法以消除残余频率的影响.实验采用双压电陶瓷作为扰动源, 通过I/Q解调实时获得后向瑞利散射光幅值和相位, 进而实现扰动的定位和还原.实验结果表明, 该系统能有效地探测到5 km和9 km处的正弦扰动, 定位信号信噪比分别达17.8 dB和16 dB, 相位解调结果准确还原正弦扰动, 与正弦曲线的拟合系数分别为0.994和0.991, 均方根误差分别为0.116和0.141.实验进一步验证了该方法能够测得不同扰动幅度下的相位正弦变化曲线, 并能准确得到不同扰动频率, 且扰动位置处相位变化幅度与扰动强度具有良好的线性关系, 线性拟合系数达0.992, 均方根误差为0.499, 均优于非同源解调结果.
光纤传感 时钟同源 I/Q解调 相位敏感光时域反射系统 残余频率 Fiber sensor Clock homology I/Q demodulation Phase-sensitive optical time-domain system Residual frequency
