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液态奶中镉、铜等重金属的光谱智能检测新方法研究

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分析测试学报 2024年第7期43卷 1032-1038页

作者：黄志轩何天伦郭祥陈达天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 中国民航大学天津市民航能源环境与绿色发展工程研究中心天津300300

该文针对传统重金属检测方法速度慢、通量低等问题,发展了表面富集扫描激光诱导击穿光谱(SES-LIBS)检测新方法,显著提升了液态奶中重金属的检测灵敏度和通量。SES-LIBS方法利用金属置换反应原理,将液态奶中游离的痕量重金属离子置换并... 详细信息

该文针对传统重金属检测方法速度慢、通量低等问题,发展了表面富集扫描激光诱导击穿光谱(SES-LIBS)检测新方法,显著提升了液态奶中重金属的检测灵敏度和通量。SES-LIBS方法利用金属置换反应原理,将液态奶中游离的痕量重金属离子置换并富集到活性金属基底的特定区域表面,进而高效采集该区域表面的LIBS信号。SES-LIBS方法在有效避免液体离子猝灭效应的同时,显著提升了痕量重金属离子的检测灵敏度。为克服样品采集和基质的干扰,采用重加权特征光谱驱动的自编码孪生多网络算法(RCSD-ASMN)进行SES-LIBS信号解析,从复杂、变动的LIBS信号中准确提取出待测组分的光谱特征信息。SES-LIBS方法可同时检测Cd、Cu等多种重金属元素,检出限分别为0.11、0.13 mg/kg,R^(2)均不低于0.97。实验结果证明,SES-LIBS技术能有效克服不同品牌液态奶基底和重金属元素的交叉干扰,具备良好的检测精度和线性度,为液态样品中重金属的高通量检测提供了一种新手段。

关键词：液态奶重金属表面富集扫描激光诱导击穿光谱重加权光谱自编码孪生多任务网络

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液态奶中镁元素原位在线检测方法研究

分析测试学报 2024年第5期43卷 776-781页

作者：黄志轩何天伦陈达天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 中国民航大学天津市民航能源环境与绿色发展工程研究中心天津300300

镁元素是牛奶中的重要营养组分之一,其含量检测的前处理步骤繁琐。该文提出了一种超声喷雾激光诱导击穿光谱(US-LIBS)检测方法,通过将超声雾化和极短焦激光诱导击穿光谱技术有机结合,巧妙避免了液态奶的等离子体猝灭效应。使用US-LIBS... 详细信息

镁元素是牛奶中的重要营养组分之一,其含量检测的前处理步骤繁琐。该文提出了一种超声喷雾激光诱导击穿光谱(US-LIBS)检测方法,通过将超声雾化和极短焦激光诱导击穿光谱技术有机结合,巧妙避免了液态奶的等离子体猝灭效应。使用US-LIBS方法无需对液态奶样品进行任何前处理,即可在秒级时间内完成液态奶中镁元素的在线原位检测。为进一步提升镁元素的检测精度,实验通过构建重加权特征光谱算法(RCSA),从复杂、变动的基质干扰中准确提取镁元素的光谱信息。计算结果表明,经RCSA处理后,实际液态奶样品中镁元素的检出限和线性系数(r^(2))分别为0.3 mg/kg和0.97,可有效满足液态奶中镁元素的检测需求。因此,US-LIBS为乳制品智能制造提供了一种强大的在线分析工具,并有望进一步拓展至其它液态体系中微量元素的原位在线检测。

关键词：超声喷雾激光诱导击穿光谱重加权特征光谱算法液态奶镁元素微量元素原位在线检测

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彩色高反光表面自适应编码条纹投影轮廓术

光学学报 2024年第7期44卷 74-82页

作者：王颖倪育博孟召宗高楠郭彤杨泽青张国锋尹伟赵洪伟张宗华河北工业大学机械工程学院天津300401 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时,受环境光照及投影条纹反射的影响,存在相机所采集图像像素过饱和,进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题,本文利用物体表面对不同颜色... 详细信息

条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时,受环境光照及投影条纹反射的影响,存在相机所采集图像像素过饱和,进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题,本文利用物体表面对不同颜色光反射特性的差异,提出了一种根据被测彩色物体表面色彩分布的自适应编码高反光表面条纹投影轮廓术。该方法通过向高反光区域投射与表面颜色互为补色的颜色光,利用物体对互补色光的高吸收、低反射现象,抑制表面高光的形成,从而实现高反光彩色物体的三维形貌测量。实验结果表明,与多重曝光方法相比,利用单幅自适应颜色编码能够替代多次曝光时间设置下的条纹投影重建,有效降低了投影图像的数量,提高了测量效率。

关键词：三维测量条纹投影高反光物体表面颜色编码

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基于迁移学习的气体泄漏红外图像去噪方法

大气与环境光学学报 2024年第5期19卷 543-554页

作者：撒昱张石磊谭嵋张迎虎杨云鹏马翔云李奇峰天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室天津300072

非制冷型红外相机由于其成本低、寿命长、性能稳定等优势在气体泄漏检测领域有着广泛应用,而良好的图像去噪算法可以有效提升其检测灵敏度与准确性。结合深度学习和迁移学习技术,提出了一种基于深度迁移学习的气体泄漏红外图像去噪方法... 详细信息

非制冷型红外相机由于其成本低、寿命长、性能稳定等优势在气体泄漏检测领域有着广泛应用,而良好的图像去噪算法可以有效提升其检测灵敏度与准确性。结合深度学习和迁移学习技术,提出了一种基于深度迁移学习的气体泄漏红外图像去噪方法。首先使用静止场景数据集对卷积神经网络模型进行训练,然后固定部分模型参数,并通过仿真气体数据集对模型再次训练,最终获得适用于气体泄漏红外图像去噪的模型。实验结果表明,该方法可以对非制冷型红外相机拍摄的气体红外图像进行去噪,去噪后的图像具有明显的气体轮廓信息,同时可以分辨出泄漏源的位置。因此,该方法可以帮助非制冷型红外相机更好地完成气体泄漏检测任务。

关键词：图像处理红外图像去噪深度迁移学习卷积神经网络气体泄漏检测

高边缘视场光学效率的衍射波导准直投影镜头设计

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应用光学 2024年第1期45卷 54-62,78页

作者：黄战华高懿冰伍圆军潘成芦畅泰张尹馨天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津大学四川创新研究院四川成都610200

随着微型发光二极管(micro-light emitting diode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大,准直投影镜头要求体积小且像质高,其产生的渐... 详细信息

随着微型发光二极管(micro-light emitting diode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大,准直投影镜头要求体积小且像质高,其产生的渐晕现象也导致视场(field of view,FOV)边缘处光学效率低、照度不均匀,这对AR光学系统设计造成了挑战。为了解决上述问题,该文基于增加计算得到的非球面场镜,设计了一种照度均匀性高、边缘视场光学效率较高的衍射光栅波导准直投影镜头。对场镜理论进行详细分析,从而确定焦距区间,最终求解其面型参数,设计出照度相对均匀的镜头。设计的新型准直投影镜头对角线FOV为41.2°,F#为1.87,调制传递函数在125 lp/mm处大于0.5。仿真结果表明,系统照度均匀性相对提高了14%,边缘FOV的光学效率相对提高了15%,具有良好的成像性能,该镜头可应用于超小型AR衍射光栅波导头戴显示系统中。

关键词：准直投影镜头光学效率衍射光栅波导光学设计

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光电专业实践类课程“光通信技术基础”线上教学方案研究

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实验室科学 2024年第3期27卷 43-49页

作者：赵健常明宇杨佳慧徐晋升天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

在一流专业与一流课程建设背景下,针对难以实现实践类课程教学的问题,对光电专业实践类课程的线上教学方案展开研究,旨在提高线上教学的质量和效果,形成光电专业较为完善的线上教学方案。首先对已有的教学模式进行充分调研,对其教学质... 详细信息

在一流专业与一流课程建设背景下,针对难以实现实践类课程教学的问题,对光电专业实践类课程的线上教学方案展开研究,旨在提高线上教学的质量和效果,形成光电专业较为完善的线上教学方案。首先对已有的教学模式进行充分调研,对其教学质量和效果进行分析评估;其次要从充分发挥学生主体性的角度入手,通过不断丰富线上教学的内容来提高学生线上学习的主动性;最后要激发教师的创新教学理念,尝试更多的线上教学方法,丰富线上教学的多样性,并最终达到提高教学质量的目的。应用效果表明该线上教学方案大大提升了光电专业实践类课程的教学效果。

关键词：光电专业双一流线上教学教学方案

基于左心室和冠状动脉动态体模系统观察不同心率下CT图像重建最佳期相

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中国医学影像技术 2024年第6期40卷 917-921页

作者：陈金磊李洪杰陈明山王学民天津市泰达医院医疗设备部天津300457 天津市泰达医院医学影像科天津300457 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室天津300072

目的观察以左心室和冠状动脉动态体模系统模拟左心室及冠状动脉运动时在不同心率下重建CT图像的最佳期相。方法构建可模拟50~120次/分心率下心脏周期性运动及心电信号输出的左心室和冠状动脉动态体模系统。于体模系统R-R间期行CT扫描,0~... 详细信息

目的观察以左心室和冠状动脉动态体模系统模拟左心室及冠状动脉运动时在不同心率下重建CT图像的最佳期相。方法构建可模拟50~120次/分心率下心脏周期性运动及心电信号输出的左心室和冠状动脉动态体模系统。于体模系统R-R间期行CT扫描,0~90%期相范围内每10%间隔重建图像。评估观察者间主观评估图像质量结果的一致性;对不同心率、不同期相图像进行比较。结果观察者间主观评价图像质量结果的一致性较高(Kendall W=0.83,P室和冠状动脉动态体模系统模拟左心室及冠状动脉运动时,不同心率下CT图像最佳重建期相不同;心率高于100次/分后所有重建图像质量均不佳。

关键词：心脏体模显像术体层摄影术 X线计算机图像质量

基于锁模激光不同时刻脉冲对间双光子干涉的介质色散测量

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量子光学学报 2024年

作者：雷宇航赵雯崔亮李小英天津大学精密仪器与光电子工程学院天津大学光学信息技术教育部重点实验室

Hong-Ou-Mandel干涉指不可区分的两个光子分别从两个输入口入射进光学分束器后，倾向于从光学分束器同一输出口出射的现象，在量子信息领域具有广泛应用。作为一种双光子干涉现象，Hong-Ou-Mandel干涉可见度取决于两个入射光场的模式不... 详细信息

Hong-Ou-Mandel干涉指不可区分的两个光子分别从两个输入口入射进光学分束器后，倾向于从光学分束器同一输出口出射的现象，在量子信息领域具有广泛应用。作为一种双光子干涉现象，Hong-Ou-Mandel干涉可见度取决于两个入射光场的模式不可区分性，即两者在不同自由度下的模式匹配程度。对于独立脉冲光场的Hong-Ou-Mandel干涉，入射场时间模式的匹配程度是决定干涉图样的关键因素。由此，以锁模激光为光源，以不等臂Mach-Zehnder干涉仪为主要结构的双光子干涉装置可以通过测量干涉图样反映两臂光场的时间模式信息，例如线性啁啾和脉宽，从而实现对光学介质色散的测量。通常，Hong-Ou-Mandel干涉图样需要由两个探测器同步测量的符合计数描绘；本文基于锁模脉冲序列的相干性，提出了一种从单个探测器不同时刻的光子计数事件中统计符合计数，获得干涉图样的方案，该方案涉及两对脉冲间的双光子干涉。实验结果表明，新方案测得的干涉图样可以与实际的Hong-Ou-Mandel干涉图样互补，能用于色散测量等应用。该方法有助于实验装置的简化，对提高装置可靠性具有重要意义。

关键词： Hong-Ou-Mandel干涉仪相干态双光子干涉符合计数

微型宽频光纤布拉格光栅振动传感器设计及特性研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 256-263页

作者：赵慧枝董明利辛璟焘宋言明张旭吴俊北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 北京空间机电研究所北京100089

提出了一种小型化、宽频段、高灵敏度的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,利用毫米级FBG进行传感器结构的微型化设计。采用“杠杆铰链”结构作为应变传递梁,通过质量块尾端镂空的方法,调节整体质量块重心位置,提高了传感器的固有频率,此... 详细信息

提出了一种小型化、宽频段、高灵敏度的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,利用毫米级FBG进行传感器结构的微型化设计。采用“杠杆铰链”结构作为应变传递梁,通过质量块尾端镂空的方法,调节整体质量块重心位置,提高了传感器的固有频率,此结构可以在灵敏度小幅度降低的情况下提升传感器的固有频率。为了满足空间相机上传感器小型化的要求,设计了体积为15 mm×15 mm×15 mm的振动传感器,并对其进行了结构设计和有限元仿真分析,完成了传感器的结构优化,兼顾工作频段和灵敏度。通过毫米级FBG刻写、传感器封装完成了传感器的制作。搭建了振动测试系统对传感器的特性进行测试和分析,结果表明:传感器的固有频率约为1250 Hz,激振频率为750 Hz时,传感器的灵敏度大于83.3 pm·g^(-1),横向抗干扰能力较强,交叉灵敏度小于4%。

关键词：传感器宽频段振动分析杠杆铰链结构光纤布拉格光栅光纤传感器