作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 国网安徽省电力有限公司, 电力科学研究院, 安徽 合肥 230000
传统变压器绝缘油品质荧光分析检测方法是利用荧光分光光度计采集油样本全谱段荧光光谱, 根据不同老化程度绝缘油的全谱荧光特征变化建立变压器运行状态诊断模型。 针对传统荧光方法中光度计体积大、 价格昂贵以及因光谱采集时间长无法实现实时监测等问题, 提出一种基于荧光双色比例的变压器绝缘油品质检测方法, 提取荧光特征双波段信息并建立变压器运行故障诊断模型, 可通过定制滤光片和可见光电探测器等硬件取代传统荧光分光光度计, 实现双色荧光信息快速采集及处理, 满足在线实时监测的同时降低硬件成本。 对放电击穿故障造成的变压器绝缘油老化进行荧光分析, 试验模拟了不同放电击穿工况, 制备了不同放电击穿时间(10, 30, 50, 70, 90和120 min)下的尼纳斯油样本作为荧光检测目标; 使用荧光分光光度计采集了各样本在不同激发波长下的荧光发射光谱, 确定最优固定激发波长为280 nm; 使用3点移动均值平滑法对样本荧光光谱平滑去噪, 通过分析不同放电击穿时间下油样荧光特征峰的变化规律, 选取380~388和399~407 nm作为双色信息提取波段, 利用最小二乘曲线拟合建立了荧光双色比例变压器绝缘油放电击穿故障诊断模型。 研究结果初步证明了荧光双色比例法在变压器绝缘油放电击穿故障诊断上的有效性, 为一种体积小、 成本低、 快速有效在线监测系统的建立提供了一定的理论与实践基础。
变压器绝缘油 荧光光谱 双色比例探测 故障诊断模型 Transformer insulated oil Fluorescence spectra Double-color ratio detection Fault diagnosis model 
光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1134
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 安徽 合肥 230022
被动FTIR红外遥测技术可应用于气体泄漏检测, 气体检测下限与仪器信噪比密切相关。 仪器信噪比与测量参数有关, 如光谱分辨率、 采样频率、 积分时间、 平均次数等, 如何结合实际应用优化参数组合以实现最佳信噪比, 目前还缺少系统分析。 针对这一问题, 从理论上分析了这些参数与信噪比关系, 并归类为三个方面: (1)光谱分辨率, 引用了Roland Harig给出的结论, 当光谱分辨率低于特征峰半高全宽时, 信噪比不变, 但为了避免背景气体的交叉干扰, 分辨率不宜设置过低, 需要结合实际应用综合考虑; (2)降低采样频率能够减少计算量, 缩小光谱范围, 但采样频率和光谱范围与信噪比无关; (3)在积分时间和光谱平均次数方面, 同样时间条件下, 多次干涉图采集会引入零光程差的采样误差, 使得噪声大于理论计算值, 因而长积分时间获得信噪比优于多次平均。 开展了六氟化硫(SF6)泄漏检测实验, 根据SF6特征峰宽度选择4 cm-1分辨率, 20 kHz采样频率兼顾了信噪比和检测时间, 并利用FTIR巡检系统发现变电站泄漏点, 证明了方法的有效性。
傅里叶变换红外光谱 被动遥测 信噪比 六氟化硫 FTIR Passive remote sensing Signal-to-noise ratio SF6 
光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1436
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对爆炸恐怖事件预防和打击领域内的大范围开放空间下制爆运爆可疑人员衣物表面沾染爆炸物粉末检测问题, 研究基于近红外光谱的爆炸物粉末表面沾染遥测方法。 研制了一套近红外成像光谱数据采集系统, 采集了多种爆炸物粉末和沾染基底的近红外反射光谱, 制备了多个爆炸物粉末表面沾染样本。 针对表面沾染检测应用中爆炸物粉末与沾染基底近红外反射特征混叠问题, 利用近红外光谱数据处理技术构建近红外光谱解混校正模型, 去除了沾染基底信号对爆炸物粉末目标识别的干扰。 针对遥测应用中光源照射不均匀问题造成的干扰(如强光反射造成的光谱信号饱和, 光线遮挡造成阴影引起的信号微弱, 引起光谱反射率测量异常问题), 对目标校正得分图进行有效过滤避免误识别问题。 此外, 针对背景噪声较大时出现光谱预处理过度造成的误识别问题, 利用目标原始光谱反射率均值和得分图综合判别加以校正解决。 通过实验验证, 提出的方法成功解决了表面沾染特征混叠问题、 去除了遥测中光照及其他噪声因素的干扰影响, 避免了误分类, 在典型背景材质棉麻、 化纤布料基底上成功识别分类AP(高氯酸铵)、 CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)、 NQ(硝基胍)、 RDX(黑索金)、 TATB(三氨基三硝基苯)、 硝娣(工业炸药)、 烟花爆竹等爆炸物粉末单质及混合物, 验证了系统及方法的有效性和可行性, 首次在实验室环境下实现了爆炸物粉末表面沾染遥测成像报警, 有效距离可达数十米, 具备一定应用价值与发展潜力。
近红外光谱 爆炸物粉末 表面沾染 识别分类 NIR Spectra Explosive powder Surface contamination Classification 
光谱学与光谱分析
2021, 41(2): 441
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 军事科学院系统工程研究院, 北京 100082
传统拉曼光谱分析技术在对容器内未知样品进行检测时极易受到容器壁的荧光和拉曼散射干扰, 其商业应用往往仅限于透明塑料或玻璃包装的情况。 由于光子在介质内部的迁移方向具有随机性, 与表层相比内部深层处产生的拉曼散射光子在扩散过程中更易于横向迁移, 因此偏离激光入射点不同距离的拉曼光谱包含了不同深度层的拉曼光谱信息。 空间偏移拉曼光谱技术通过将拉曼光收集点偏离激光入射点, 能够抑制容器壁的荧光和拉曼散射干扰, 从而实现对有色、 不透明包装内样品的有效检测。 通过设计搭建了空间偏移拉曼光谱实验装置, 实现-1.0~10.0 mm偏移距离的可调节。 使用青色、 不透明的1 mm厚PMMA平板来模拟容器壁, 使用碳酸钙(CaCO3)粉末作为内部待测样品。 分别采用传统方式(零偏移)和空间偏移方式对容器内样品进行测量。 对采集的原始光谱首先进行平均和7阶多项式拟合去除基线(荧光), 然后以3个最大特征峰的平均值作为光谱强度的评价指标, 对空间偏移拉曼光谱信号随偏移距离的变化规律进行分析, 发现: 随着空间偏移距离的增大, 容器壁的拉曼散射强度快速下降, 而内部样品的拉曼散射强度先上升后缓慢下降; 对于均匀厚度、 各向同性的样品, 变化趋势关于零偏移两侧对称, 此外光束的斜入射会引起轻微的不对称; 在某个偏移距离处样品与容器壁的光谱强度比值达到最大值, 存在最优探测偏移距离, 对于此次样品其最优偏移距离为1.2 mm。 在容器和样品材质未知的情况下, 采用比例相减的方法仍可以得到各层干净的拉曼光谱, 通过对零偏移和最优偏移处的光谱进行计算, 分别得到容器壁和内部样品干净的拉曼光谱, 实现对内部样品的有效检测。 研究结果在一定程度上证明了空间偏移拉曼光谱技术在不透明、 有色容器内样品的检测方面的潜力, 为进一步研究空间偏移拉曼光谱技术及数据处理方法提供基础。
空间偏移拉曼光谱技术 穿透容器检测 光谱解混 无损检测 Spatially offset Raman spectroscopy Penetrating container detection Spectral unmixing Nondestructive testing 
光谱学与光谱分析
2020, 40(1): 71
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 昆明物理研究所, 云南 昆明 650032
3 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
被动遥测红外信号的精确解译, 对远距离、 非接触获取污染云团信息具有重要意义。 然而, 测量过程中的光谱畸变阻碍了这一目的的达成。 针对遥测信号中的谱线畸变问题, 提出了一种利用线形函数模型自适应补偿傅里叶变换红外光谱仪光谱线形函数的方法。 通过对傅里叶变换光谱仪线形函数的成因分析, 结合实际仪器设计参数, 从理想线形函数、 固有线形函数和相位误差三个方面构建线形函数模型; 在此基础上, 以实测畸变光谱与理论仿真光谱的均方误差作为代价函数, 利用迭代优化方法实现了对实际线形函数关键参数进行估算的算法流程; 将重构得到的线形函数应用于理论光谱补偿, 显著减少了理论仿真光谱与实测光谱之间的差异。 分析结果表明, 理想线形函数主要影响谱线展宽及旁瓣幅值; 固有线形函数造成向低频方向的非对称展宽; 而相位误差则会造成谱峰非对称。 必须在理论仿真光谱中综合考虑三种来源线形函数的贡献, 才能有效建立测量光谱和待反演云团参数之间的联系。 实际线形函数畸变参数的获取和补偿应用, 有助于提高红外遥测信号的定量解译水平。
傅里叶变换 线形函数 遥感 红外光谱 Fourier transform ILS Remote sensing Infrared spectrum 
光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3321
作者单位
摘要
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
在开放光路条件下,污染气体与大气成分的光谱特征相互混叠,难以直接对污染气体进行识别。提出了一种自适应特征提取算法,预先生成各种大气条件下的光谱特征,利用Lasso算法进行快速特征优选,选择最优目标/背景组合重构背景光谱,提取目标特征。为了验证所提算法的有效性,开展了不同背景下的甲烷遥测实验、不同相对湿度条件下的氨气遥测实验,以及室内近距离乙烯探测实验。将所提算法与Harig算法进行对比,结果表明:所提算法能更好地扣除背景,具有较强的实用性。
遥感 自适应 Lasso算法 亮温光谱 
光学学报
2019, 39(5): 0530003
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
光声光谱技术作为一种先进的光学检测技术, 已成功应用于各种痕量气体检测场合。实现多气体的光声光谱检测, 同时保证高的检测灵敏度是检测器设计的核心目标。针对测量需求设计, 优化了一种基于亥姆霍兹共振的光声光谱多气体检测器, 使用有限元分析方法对检测器进行了设计和仿真分析, 对光声池的结构参数以及温度和压力特性进行了优化和分析。仿真结果表明: 对光声池结构参数进行优化和对温度压力进行控制可以提高检测器检测灵敏度; 采用光源IR-19时, 激发腔Φ38 mm×9 mm, 连接管Φ5.9 mm×10.2 mm和探测腔Φ30 mm×5.8 mm为光声光谱检测器的最优化参数。经实验验证, 检测器对CO气体的检测精度达到5.08 ppm(1 ppm=10-6)。研究结果为痕量多气体的光声光谱检测提供了设计参考。
光声光谱 亥姆霍兹共振 有限元分析 参数优化 photoacoustic spectroscopy Helmholtz resonance finite element analysis parameter optimization 
红外与激光工程
2017, 46(6): 0620005
作者单位
摘要
1 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
平板波导光谱仪是一种紧凑型光谱仪, 其光栅多次衍射杂散光大, 需要进行抑制。首先研究了多次衍射杂散光的形成过程, 并通过TracePro软件详细分析了多次衍射杂散光的传播路径和大小。然后根据杂散光的空间特性和波长特性对其进行分类, 采取不同的抑制方法。在不改变原有光学结构的基础上提出了利用滤光片和挡光板来抑制多次衍射杂散光的方法, 滤光片的参数和位置需要精心选择以达到最好的抑制效果。最后对增加抑制结构前后的杂光系数进行对比分析。结果表明, 多次衍射杂散光得到了很好的抑制, 最大杂光系数从5.3%降到0.033%, 平均杂光系数从1.9%降到0.001 8%。
杂散光 光栅多次衍射 波导光谱仪 交叉Czerny-Turner结构 stray light grating multiply diffracted light planar waveguide spectrometer crossed Czerny-Turner structure 
红外与激光工程
2016, 45(7): 0724001
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
一般光谱仪的小型化是通过缩小元件尺寸和元件间距离实现的,会降低仪器的性能。为实现高光通量、高光谱分辨率的红外光谱探测,提出一种基于ZnSe平板波导的小型光谱仪的设计方法。说明平板波导结构压缩光束的原理,根据介质中光栅的衍射特性,推导出光谱分辨率与各个参数的关系,给出一个小型光谱仪的具体设计。仪器的光谱范围为8~14 μm,光谱分辨率为80 nm,数值孔径为0.3,光学系统是一整块ZnSe 平板波导,尺寸为70 mm × 70 mm × 4 mm。并与相同设计指标下一般Czerny-Turner 结构的光谱仪进行对比分析。结果表明基于ZnSe平板波导的小型光谱仪系统尺寸更小,光谱分辨率更高,光通量更大。
光学设计 小型光谱仪 平板波导 光谱分辨率 浸入式光栅 
光学学报
2016, 36(1): 0122003
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学,北京 100049
为了抑制杂散光对中红外平面光栅光谱仪系统成像质量的影响,首先探讨了系统杂散光的来源,设计了遮光罩、挡光环和里奥光阑;然后针对用挡光板消除光栅衍射杂散光能力有限的问题,提出利用百叶挡光板和杂散光收集器组合来抑制杂散光的影响,并结合三维建模软件Solidworks和杂散光分析软件Tracrpro对系统进行了建模、分析和对比;最后针对某一型号红外热电堆阵列探测器并运用黑体辐射理论对其进行计算和分析,最终结果表明:光谱仪系统地气杂光抑制水平PST可以达到10-11,内部杂散辐射抑制能力有效发射率为1.3%,满足中红外平面光栅光谱仪系统杂散辐射的抑制要求。
杂散光 中红外光谱仪 百叶挡光板 杂光收集器 黑体辐射理论 stray light mid-infrared spectrometer shutter barrier stray light collector blackbody radiation theory 
红外与激光工程
2015, 44(4): 1164

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