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作者：牟永鹏上海交通大学

学位级别：硕士

液相色谱系统是影响最大、发展最快、应用最广泛的现代分析系统之一,其广泛应用于石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生,乃至空间探索等几乎所有的应用科学领域,而荧光检测器作为液相色谱系统的“眼睛”,是液相色谱系统的核心部件,... 详细信息

液相色谱系统是影响最大、发展最快、应用最广泛的现代分析系统之一,其广泛应用于石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生,乃至空间探索等几乎所有的应用科学领域,而荧光检测器作为液相色谱系统的“眼睛”,是液相色谱系统的核心部件,其性能的好坏直接关系着定性定量分析结果的可靠性和准确性。针对液相色谱系统中荧光检测器主要依靠进口,国内研发落后于实际需求的现状,本文理论设计、性能调试、实验验证等方面深入的研究了荧光检测器信号检测系统的设计及其杂散光的抑制。本文主要完成的工作包括以下几个方面： 1.荧光是一种极其微弱的光信号,而微弱信号的探测一直是检测系统设计中非常困难的问题,设计、调试中的微小疏忽,都会导致荧光的电信号被湮没在各种电学噪声中。因此,本文建立了从光电倍增管到ADC采样电路的完整电路模型,详细的对电路各处的信号、噪声的带宽以及幅值进行分析,并最终通过试验验证：本文设计调试的采样系统电路噪声仅31.7μV,光电流检测精度可达6.4pA,折合最弱光强分辨能力为25.6mlm,性能达到国外同类优秀产品水平。 2.现有的荧光检测器信号采集系统模数转换均使用△—∑调制技术的24位集成ADC,其拥有高精度、高集成度的优点,本文使用CS5532实现了常规的模数转换系统,经实验测试,系统有效数字精度达到18位。但是,高精度带来的不利因素是极低的字输出速度,并进一步制约了荧光检测器的波长扫描速度。针对上述问题,本文又提出并实现了使用高速ADC过采样,并利用硬件数字滤波模块提高信噪比的模数转换方案。新的方案可以根据系统的需要,实现60～250k任意值的字输出速度,并到达16～22位的数字有效精度。新方案的意义在于：使设计者和使用者可以灵活的选择最佳的系统速度-精度方案,克服了常规方案波长扫描速度的限制。 3.为解决常见的基于MCU的控制系统实时性差、运算速度慢、集成度低的问题,本文引入并实现了SOPC控制系统。这是一种在芯片内部集成用户自定义外设模块,实现高实时性、高运算能力、高集成度的控制系统设计方案。本文设计ADC自定义驱动,克服了传统ADC驱动信号不连续造成采样速度损失的问题,系统采样速度增快10%;设计用户自定义UART控制器,总线带宽利用率增大3倍,大大减轻CPU与总线负担;设计嵌入式硬件IIR数字滤波协处理模块,进一步提高系统信噪比,经试验验证,其能有效抑制采样系统53%的噪声。新系统众多功能集成在一个单片芯片中,大大简化外部的连接设计,减小设计、制作成本。 4.针对荧光检测器中单色器的杂散光对系统性能的影响,本文首次在ASAP中对荧光检测器中单色器进行光线追迹与杂散光分析,首次引入单色器光谱传递函数并通过实验验证理论模型的正确性。在此基础上,通过对系统光路中“关键表面”的分析,提出了利用视场光阑和孔径光阑、多级叶片结构、光栅入射光抑制结构等方案进行杂散光抑制,通过ASAP模拟,上述结构的杂散光抑制比分别达到2.7×10-57.6×10-5以及0.33×10-5,为实际改进工作提供了有益的参考。综上所述,本文详细分析并设计了荧光信号检测系统电路;实现了高精度信号采样系统;提出一种新的精度-速度可调的模数转换方案;引入SOPC控制系统克服传统控制系统的速度与性能瓶颈;并首次利用软件模拟分析了荧光检测器单色器杂散光的来源,提出了有效的杂散光抑制方案。最终,实现了一台简单的荧光检测器样机,样机在350nm位置水的拉曼峰信噪比为63。

关键词：荧光微弱光信号检测 NIOS 杂散光

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雅屿隧道工程地质特性及围岩变形研究

雅屿隧道工程地质特性及围岩变形研究

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作者：牟永鹏西南交通大学

学位级别：硕士

随着国民经济发展,我国基础建设不断推进,大量的铁路、公路隧道不断建设。隧道开挖会破坏围岩的初始状态,将发生变形或破坏,影响隧道施工。土质围岩段属于隧道中的高风险区域,由于此类地段围岩条件差,情况复杂,在掘进过程中易产生围岩... 详细信息

随着国民经济发展,我国基础建设不断推进,大量的铁路、公路隧道不断建设。隧道开挖会破坏围岩的初始状态,将发生变形或破坏,影响隧道施工。土质围岩段属于隧道中的高风险区域,由于此类地段围岩条件差,情况复杂,在掘进过程中易产生围岩变形破坏。在施工过程进行监控测量、分析隧道开挖过程中围岩变形规律,对隧道安全施工有着重大作用,因此研究隧道围岩变形有着重要意义。本文以雅屿隧道为研究对象进行了研究,简要的介绍了雅屿隧道工程地质情况,根据现场记录的拱顶沉降、周边收敛的监控量测数据,对雅屿隧道出现的变形问题原因和特征进行探究,并采用MIDAS/GTS模拟软件对隧道进行数值模拟研究,取得以下研究成果:1.结合雅屿隧道实际的地质条件、岩性条件、区域地质构造等多因素,分析雅屿隧道存在的工程地质问题,在地质记录的基础上,对隧道做围岩等级分区。2.对目前隧道采用的监控测量方法进行了总结,根据雅屿隧道现场监控测量数据(拱顶下沉、周边收敛)进行数据分析,通过比较选择最优函数来对围岩变形做回归分析,同时通过回归关系曲线计算变形量。对比实测位移量,确定围岩目前变形稳定情况。得到位移-时间图,并总结围岩变形规律,其变形特征主要有:Ⅴ级围岩拱顶沉降及周边收敛位移量大于Ⅳ级围岩,Ⅴ级围岩稳定所需时间较Ⅳ级围岩久,同一断面右洞变形量略大于左洞。3.分析了雅屿隧道的变形破坏模式,总结雅屿隧道变形机理和主要影响因素。并结合隧道的病害情况,提出合理的防治措施。4.采用MIDAS/GTS建立土质浅埋段模型,模拟了雅屿隧道Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩掘进过程中的各个施工阶段变形情况,明确施工中的风险部位,分析围岩稳定所需时间。同时比较台阶法、预留核心土法、单侧导坑法在掘进过程中施工阶段中围岩变形。进行对比后,认为单侧壁导坑法为扰动最小的开挖方法。

关键词：监控量测围岩变形稳定性分析 MIDAS/GTS 开挖方法

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小型快速响应恒温样品池设计

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上海交通大学学报 2009年第8期43卷 1233-1237页

作者：牟永鹏黄梅珍黄晋卿上海交通大学物理系光学工程研究所上海200240

设计了一种以铝代替水作为热传导介质，采用TEC热电元件，同时集成微型电磁搅拌系统的新型小型化快速响应恒温样品池．用有限元方法对新型样品池的热传导特性进行了模拟分析，结果与实验吻合，且装置可在5～80℃内实现控温精度0．5℃、... 详细信息

设计了一种以铝代替水作为热传导介质，采用TEC热电元件，同时集成微型电磁搅拌系统的新型小型化快速响应恒温样品池．用有限元方法对新型样品池的热传导特性进行了模拟分析，结果与实验吻合，且装置可在5～80℃内实现控温精度0．5℃、加热／制冷效率6．7℃／min、占用体积仅0．03m3．该设计有效提高了样品池温度控制的准确性和升降温速度，且结构简单、使用方便，可作为分光光度计附件，实现对样品溶液温度的精确控制．

关键词：恒温控制热电制冷样品池有限元模拟

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便携式多功能比色仪的研制及试验

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上海交通大学学报 2009年第1期43卷 153-156页

作者：沈晓伟黄梅珍韩振兴郑远林牟永鹏上海交通大学物理系上海200240 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

采用发光二极管作为光源,以光电二极管作为探测器;MSP430单片机作为主机研制出一种便携式多功能比色仪,该比色仪由光源、样品池、探测器、信号放大与处理系统、显示输出系统以及USB通信系统等6部分组成.介绍了该比色仪的工作原理、光路... 详细信息

采用发光二极管作为光源,以光电二极管作为探测器;MSP430单片机作为主机研制出一种便携式多功能比色仪,该比色仪由光源、样品池、探测器、信号放大与处理系统、显示输出系统以及USB通信系统等6部分组成.介绍了该比色仪的工作原理、光路、机械结构及电路软、硬件,分析了其中技术难点及其相应的解决方法,并通过结合葡萄糖氧化酶光度法将该仪器应用于葡萄糖浓度测定试验,得到满意结果.

关键词：比色仪发光二极管葡萄糖氧化酶法测定

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观斗山背斜地区顺层岩质滑坡影响因素与形成机制分析

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科技创新与应用 2024年第29期14卷 106-109页

作者：牟永鹏四川省第十二地质大队四川宜宾644600

针对宜宾市观斗山背斜地区特殊的地质构造和岩性特征导致滑坡地质灾害多发的情况,该文以水井湾滑坡为研究对象,开展对该地区顺层岩质滑坡地质灾害的影响因素和形成机制分析,通过现场调查,了解水井湾滑坡的形态特征、边界情况以及滑坡的... 详细信息

针对宜宾市观斗山背斜地区特殊的地质构造和岩性特征导致滑坡地质灾害多发的情况,该文以水井湾滑坡为研究对象,开展对该地区顺层岩质滑坡地质灾害的影响因素和形成机制分析,通过现场调查,了解水井湾滑坡的形态特征、边界情况以及滑坡的物质组成情况。再通过实验室相应的土工试验,得到水井湾滑坡相关的物理力学参数,计算出其稳定性。通过总结水井湾滑坡的影响因素和形成机制,以期为该地区顺层岩质滑坡的防治提供参考,有利于宜宾市对象鼻片区的规划开发。

关键词：观斗山水井湾滑坡影响因素变形破坏顺层岩质滑坡

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单色器杂散光模拟分析与验证

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光谱仪器与分析 2009年第Z1期 100-106页

作者：牟永鹏黄梅珍金玉希上海交通大学物理系光学工程研究所上海200240

杂散光是衡量光谱仪器性能的重要指标。本文以荧光检测器中的单色器设计为例,分析了单色器杂散光的主要来源,通过建模及ASAP软件对单色器中杂散光的形成和分布进行了模拟,并通过实验验证了模型的正确性。在此基础上,本文初步讨论了单色... 详细信息

杂散光是衡量光谱仪器性能的重要指标。本文以荧光检测器中的单色器设计为例,分析了单色器杂散光的主要来源,通过建模及ASAP软件对单色器中杂散光的形成和分布进行了模拟,并通过实验验证了模型的正确性。在此基础上,本文初步讨论了单色器外罩内壁各表面对杂散光的影响及贡献,增加不同的光陷阱结构,并模拟了其对改善系统杂散光性能的效果。

关键词：杂散光单色器光谱仪器凹面光栅光线追迹罗兰鬼线光谱带宽荧光检测器光谱强度分布光学元件

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