以生物特征检测技术为基础,基于已经构建的无创血糖检测系统进行血糖检测数据分析。以光电检测技术为主,结合其他人体特征信息检测,对人体进行无创血糖测试得到大量数据,建立数学模型并利用算法来计算血糖浓度。与一种常用有创血糖仪检测数据进行对比,有创与无创检测结果的相关系数达到了85.4%,为多信息融合无创血糖检测系统提供了一种有效的数据处理方法。

光谱灵敏度是数码相机的一项重要参数,利用光谱灵敏度,可以较为快捷地实现传感器响应值与颜色刺激值之间的转换。根据数码相机的成像原理,使用卤钨灯、单色仪、分光辐射亮度计等搭建实验光路,对Canon 500D和Nikon D7000两台商用数码相机进行光谱灵敏度的测量实验,获得形状及平滑度不同的三通道光谱灵敏度。在标准光源下进行24色卡的拍摄和光谱取样,对两台数码相机的RGB测量值及基于光谱灵敏度的预测值进行比较,分别获得平均值为1.7%和0.5%的相对误差。

针对电厂运行中汽轮机油颗粒污染变化快、油液取样要求高、在线监测难的现状,基于光阻原理,研制了电厂汽轮机油中颗粒污染度在线测量系统并对其进行了实验室标定实验。在湖南五强溪水电厂调速器润滑系统中进行了实测,实测结果与商业仪器实测结果比较可得,二者对污染等级判断一致,颗粒数最大偏差小于25%,验证了在线测量装置的准确度。因系统测量速度快,能实时获取运行中汽轮机油的颗粒度和数目时变情况,利于运行管理与控制,完全符合实际应用要求。

单色超快激光与气体介质相互作用成丝产生太赫兹波是当前产生宽频太赫兹辐射的一个重要途径。介绍了不同模型下单色场(波长为0.8 μm)超快激光与气体介质作用产生宽频强太赫兹辐射的产生机制,以及提升太赫兹波产生效率的几种方法。单色激光与气体介质作用产生太赫兹辐射的产生机制模型有渡越-切仑科夫辐射模型、激光有质动力模型和轫致辐射模型。研究表明,在拉丝周围外加横向电压、外加纵向电压和双拉丝的方法都能获得更强的太赫兹波。

为了快速目测识别马铃薯叶片,利用Spectrocam多光谱相机获取健康C-88马铃薯叶片的可见光及近红外通道的多光谱图像。采用波段指数法提取叶片的特征波段,通过真彩色原理及标准假彩色对所提取的特征波段进行彩色合成,在此基础上得到最佳彩色波段组合。实验结果表明,用波段指数法提取多光谱图像的特征波段进行彩色合成,能快速获取马铃薯叶片的最佳波段,并得到680,558,475 nm和800,680,558 nm为最佳彩色波段组合,为遥感图像的目视解译和更多有效信息的提取提供了可靠依据。

为了检测光纤布拉格光栅(FBG)对压力响应的灵敏度和可重复操作性,根据FBG传感的原理,分别讨论了其温度和应变传感特性。通过实验测量了FBG轴向应力与中心反射波长的关系,得到两者之间呈良好的线性关系,光栅的轴向应变灵敏度为0.013 pm/μm。将FBG黏贴在一圆柱杆上,测量了压力增大和减小时FBG中心波长的变化,拟合得到线性度分别可达到0.999 0和0.999 9,压力响应灵敏度均为4.8×10-3 nm/MPa,并计算出中心波长实验值的相对误差为2.05%,同时分析了误差存在的主要原因。

金属胶体是一种新兴的表面增强拉曼散射(SERS)活性衬底,利用激光液相刻蚀技术制备了金银合金胶体,并通过透射电镜、吸收光谱、表面增强拉曼散射光谱等手段对其特性进行表征。结果表明,合金粒子多数为球形颗粒,颗粒大小在5 nm左右,并且有很好的分散性,等离子体共振吸收峰位于428 nm。此外,该胶体表现出很好的表面增强拉曼散射活性,且性能稳定可在室温下长时间保存。

为了解决三维测量仪器的小型化问题,设计了一种数字投影结构光三维测量仪光路结构,并用Zemax软件进行了性能优化。该结构分为投影光路和照相光路,投影镜头采用反远距结构,由5片透镜组成,全视场调制传递函数大于0.35。照相镜头采用双高斯结构,由6片透镜组成,全视场调制传递函数大于0.12。两镜头口径均小于14 mm,长度小于40 mm,像面照度均大于90%,可以对80~120 mm远的物体进行测量。投影图像像素密度为1 028×768,相机拍摄图像像素密度为1 280×960,在工作距离100 mm处可以测量28 mm×21 mm的表面。镜头全部采用球面透镜。该结构具有测量精度高、成本低、加工容易、体积小等优点。

为了实现高清数字化医疗内窥成像,使用成像质量良好的耦合透镜系统耦合内窥镜目镜和CCD相机,成为高清视频内窥镜。基于实际应用的要求,设计了一个适用于耳鼻喉科内窥镜耦合CCD相机的透镜系统,该系统可以用于1/1.8 in(1 in=25.4 mm)、200万像素的CCD相机成像,并且具有12°视场角,4.4的F数。在调制传递函数(MTF)大于0.1判据下,透镜系统各视场的分辨率都在111 lp/mm以上,在全视场范围都能取得很好的成像效果。实际测试表明,该系统光学成像清楚,图像细节表现明显,分辨率达到了高清成像的要求,虽然结构简单,但达到了预期的设计目标,不但有利于加工和装配,而且降低了大量的成本。

利用Zemax光学设计软件设计了一款适用于光学成像尺寸为38 mm的互补金属氧化物半导体(CMOS)型工业相机的高分辨率测量镜头,该工业相机用于自动化定量分析检测显微镜像差。通过数码图像处理的方式去评判显微镜物镜性能的好坏。在满足性能要求基础上,对普通的测量镜头结构加以优化,使得测量镜头拥有非常高的分辨率。该镜头焦距为36 mm,后工作距约为32 mm,视场像面高度为36 mm,在90 lp/mm处,中心视场调制传递函数(MTF)值大于0.45,边缘视场MTF值大于0.25。

太赫兹滤波器在通信、传感、成像等领域有着广泛的应用。提出了一个基于半导体材料砷化镓的周期性微结构可调谐太赫兹滤波器,并对半导体材料的电介质特性以及微结构的太赫兹滤波特性进行模拟研究。提出了基于光栅结构的太赫兹滤波器,用CST软件时域有限差分法(FDTD)进行模拟仿真,0.1~5.0 THz频段的太赫兹波垂直入射光栅表面,在225~325 K范围内可获得工作频率为0.35~1.51 THz,1.16 THz的滤波带宽,同时保持透过率在85%以上,这对太赫兹滤波器的滤波带宽和透过率的提升具有重大意义。

基于薄膜微纳光纤中传播光能量分布的理论,在实验研究基础上,进一步用模场分析仪观察微纳光纤在表面镀有碳纳米管薄膜包层后,与丙酮气体接触时,其传输光的能量分布规律和倏逝场的变化。实验可知,在一定浓度的丙酮环境下,没有碳纳米管薄膜包层时,微纳光纤中传输光能量呈对称分布,当有碳纳米管薄膜包层时,其能量分布不再对称,并且能量分布的直径宽度增加。

针对微光夜视系统可靠性试验的需要,在实验室准确模拟微光夜视系统在自然条件下所受的光应力具有重大意义。野外自然微光主要由月光、星光、大气辉光及杂散光经多次漫反射而成,所以在不同的环境条件下形成的自然微光不同。为模拟出不同的微光应力源,在试验过程中需要改变平行光管出瞳处的光照度,并使其对微光夜视系统的作用与自然微光对微光夜视系统的作用相当。在实验室条件下,当平行光管的视场大于微光夜视系统的视场时,通过改变光源光照度的办法即可改变平行光管出瞳处的光照度,从而实现自然微光应力源的精确模拟,并通过实验验证了该方法的可行性。

为了对钢轨厂生产的成品钢轨外表面轮廓进行全面的检测,设计了一种非接触式钢轨轮廓检测系统。该系统基于激光轮廓仪和高精度位移传感器采集到的钢轨轮廓数据,使用弦测法及移动平均平滑滤波计算钢轨的平直度,使用共面法计算钢轨扭曲度,完成钢轨轮廓数据的检测。试验表明,系统测量的标准差为20 μm以内,与标准测量方法所得结果对比误差均在合理范围内,该系统能够准确且稳定地完成对钢轨平直度和扭曲度的测量。

随着糖尿病的发病率逐年增高,为避免传统有创血糖监测血糖的痛苦,无创血糖监测已经越来越引起人们的重视。无创血糖检测技术就是在不对人体造成伤害的条件下检测人体血糖的方法。该方法可以避免传统试纸测试带来的痛苦,降低检测成本,提高病人测量的依从性,既能增加血糖检测的频率又能获得血糖的动态变化趋势,从而降低了患者糖尿病并发症的发生,同时可以避免针刺可能带来的感染,对于糖尿病人的自我监测具有非常重要的意义。详细介绍了当前各种无创血糖检测技术的原理,分析了各种技术的优缺点,并提供了国内外无创血糖仪的最新成果,还介绍了本人所在课题组所研发的基于代谢守恒原理的无创血糖监测产品。