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耦合内嵌银条圆盘腔的金属-介质-金属弯曲波导滤波特性

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中国激光 2019年第8期46卷 170-176页

作者：陈颖谢进朝曹景刚高新贝许扬眉燕山大学电气工程学院测试计量技术与仪器河北省重点实验室

基于表面等离子激元的传输及耦合特性,设计了一种耦合内嵌银条圆盘腔的金属-介质-金属弯曲波导滤波器结构。并应用有限元法对该结构的光谱特性及滤波特性进行了分析。结果表明,内嵌的银条打破了结构的对称性,实现了双模式共振效应,且该... 详细信息

基于表面等离子激元的传输及耦合特性,设计了一种耦合内嵌银条圆盘腔的金属-介质-金属弯曲波导滤波器结构。并应用有限元法对该结构的光谱特性及滤波特性进行了分析。结果表明,内嵌的银条打破了结构的对称性,实现了双模式共振效应,且该结构由于具有双边耦合效应,获得了比单边耦合更高的耦合效率,透射谱中出现了两个明显的阻带,获得了很好的双频窄带滤波功能,相比已报道的同类滤波器得到了更高的品质因子;改变圆盘谐振腔半径或腔内介质折射率,可实现滤波波长的近似线性调节。

关键词：表面光学表面等离子激元有限元法圆盘谐振腔耦合效应滤波器

带多孔硅表面缺陷腔的半无限光子晶体Tamm态及其折射率传感机理

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物理学报 2014年第24期63卷 252-257页

作者：陈颖范卉青卢波燕山大学电气工程学院测试计量技术及仪器河北省重点实验室秦皇岛066004

结合表面缺陷半无限光子晶体Tamm态与多孔硅光学传感机理,在光子晶体表面缺陷腔中引入多孔硅,并利用其高效的承载机制,提出基于多孔硅表面缺陷光子晶体Tamm态的折射率传感结构.在半无限光子晶体中缺陷腔与原来的周期性分层介质结构的界... 详细信息

结合表面缺陷半无限光子晶体Tamm态与多孔硅光学传感机理,在光子晶体表面缺陷腔中引入多孔硅,并利用其高效的承载机制,提出基于多孔硅表面缺陷光子晶体Tamm态的折射率传感结构.在半无限光子晶体中缺陷腔与原来的周期性分层介质结构的界面上存在Tamm态,通过入射角度调制使其在缺陷腔中实现多次全反射,并在缺陷腔中加入吸收介质,使谐振波长在缺陷腔中完成衰荡,从而在反射谱中得到缺陷峰;调整光子晶体参数,使缺陷峰的半高全宽得到优化,提高其品质因数(Q值);在此基础上,根据Goos-H?nchen相位移与谐振波长的关系,建立由待测样本折射率改变所导致的多孔硅表面吸附层有效折射率变化与缺陷峰值波长漂移之间的关系模型,并分析其折射率传感特性.结果表明,此生物传感结构Q值为1429,灵敏度为546.67 nm/RIU,证明了该传感结构的有效性,可为高Q值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考.

关键词：光子晶体多孔硅表面缺陷腔折射率传感器

基于自适应Kalman滤波的平面阵列电容成像

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物理学报 2021年第11期70卷 299-307页

作者：张玉燕殷东哲温银堂罗小元燕山大学电气工程学院秦皇岛066004 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室秦皇岛066004

针对平面阵列电极边缘电场和病态特性严重影响电容图像重建质量的问题,提出了一种改进的自适应Kalman滤波图像重建算法来同时减小电容及介电常数矩阵的噪声,在构建引入噪声的平面阵列电容成像状态模型的基础上,利用极大似然准则来对介... 详细信息

针对平面阵列电极边缘电场和病态特性严重影响电容图像重建质量的问题,提出了一种改进的自适应Kalman滤波图像重建算法来同时减小电容及介电常数矩阵的噪声,在构建引入噪声的平面阵列电容成像状态模型的基础上,利用极大似然准则来对介电常数矩阵噪声方差阵进行在线估计及实时修正,并且通过对系统误差协方差矩阵进行动态加权的方法来对此算法的收敛速度进行优化.通过一种复合材料结构件进行缺陷检测实验,结果表明与LBP, TR正则化及Kalman滤波算法相比,自适应Kalman滤波算法图像误差最高可降低约20%,图像相关系数高达0.79,收敛速度提升约15%,说明自适应Kalman滤波算法对提升重建图像质量的有效性.此研究对提高平面阵列电容成像的量化精度有着重要意义.

关键词：平面阵列电极电容图像重建自适应Kalman滤波复合材料极大似然准则

基于ICSO-SVM和三维荧光光谱的山梨酸钾浓度检测

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光谱学与光谱分析 2020年第5期40卷 1614-1619页

作者：王书涛刘诗瑜王志芳张靖昆孔德明王玉田燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

山梨酸钾是日常生活中一种典型的食品防腐剂。过量食用防腐剂山梨酸钾,会严重危害人身体健康。以橙汁作为背景溶液,配制山梨酸钾含量在0.0070~0.1000 g·L^-1之间的山梨酸钾橙汁溶液样本共22组。应用FS920荧光光谱仪对防腐剂山梨酸钾的... 详细信息

山梨酸钾是日常生活中一种典型的食品防腐剂。过量食用防腐剂山梨酸钾,会严重危害人身体健康。以橙汁作为背景溶液,配制山梨酸钾含量在0.0070~0.1000 g·L^-1之间的山梨酸钾橙汁溶液样本共22组。应用FS920荧光光谱仪对防腐剂山梨酸钾的水溶液以及橙汁溶液的荧光特性进行了研究。由于山梨酸钾和橙汁的荧光特性相互干扰,山梨酸钾橙汁溶液的浓度与荧光强度不再满足线性关系,所以物质浓度的预测比较复杂。通过构建改进鸡群算法优化支持向量机(ICSO-SVM)的模型对荧光光谱数据进行处理。模型选取18个样本作为训练集,4个样本作为预测集。提取各样本在最佳激发波长λex=375 nm下,发射波长在450~520 nm范围内的荧光强度值作为输入,以山梨酸钾橙汁溶液的浓度值作为输出。首先对改进鸡群算法(ICSO)的各个参数进行初始化,然后经过训练输出支持向量机(SVM)的惩罚因子C和核参数g的最佳值,再将得到的最佳值输入SVM模型,得到4组预测浓度值分别为0.0115,0.0260,0.0770和0.0920 g·L^-1。ICSO-SVM模型的均方误差为1.02×10^-5 g·L^-1,平均回收率为101.88%。相同条件下与鸡群算法优化支持向量机(CSO-SVM)、遗传算法优化支持向量机(GA-SVM)和粒子群算法优化支持向量机(PSO-SVM)进行对比。结果表明ICSO-SVM模型的预测精度高于CSO-SVM,GA-SVM和PSO-SVM,而且改进鸡群算法在训练过程中更容易找到全局最优值,迭代速度更快。该研究为物质浓度预测提供了一种新方法。

关键词：荧光光谱改进鸡群算法支持向量机山梨酸钾

种荧光光谱法和PSO-BP神经网络相结合的山梨酸钾浓度测定的新方法（英文）

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光谱学与光谱分析 2015年第12期35卷 3549-3554页

作者：王书涛陈东营王兴龙魏蒙王志芳燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

研究了山梨酸钾在水溶液和橙汁中的荧光特性,结果表明在两种溶液中山梨酸钾的荧光特性虽然有很大的区别,但是它们的荧光特征峰都存在于λex/λem=375/490nm。从二维荧光光谱可以看出,橙汁中山梨酸钾的浓度和相对荧光强度关系错综复杂,... 详细信息

研究了山梨酸钾在水溶液和橙汁中的荧光特性,结果表明在两种溶液中山梨酸钾的荧光特性虽然有很大的区别,但是它们的荧光特征峰都存在于λex/λem=375/490nm。从二维荧光光谱可以看出,橙汁中山梨酸钾的浓度和相对荧光强度关系错综复杂,两者不再满足线性关系。为了准确测定橙汁中山梨酸钾的浓度,提出了一种微粒群（PSO）算法优化的误差逆向传播（BP）神经网络的新方法。两组预测浓度的相对误差分别为1.83%和1.53%,预测结果表明该方法具有可行性。在浓度范围为0.1~2.0g·L-1内,PSO-BP神经网络能够完成橙汁中梨酸钾浓度的准确测定。

关键词：荧光光谱山梨酸钾 PSO-BP神经网络浓度测定

基于自适应无参经验小波变换和选择集成分类模型的运动想象

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物理学报 2018年第11期67卷 278-289页

作者：何群王煜文杜硕陈晓玲谢平燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004

运动想象模式识别率的提高对脑机接口(BCI)技术的应用具有重要意义,本文采用自适应无参经验小波变换(APEWT)和选择集成分类模型相结合的方法提高脑电(EEG)信号的分类识别准确率.首先,通过APEWT将EEG信号分解成不同的模态;然后,使用最优... 详细信息

运动想象模式识别率的提高对脑机接口(BCI)技术的应用具有重要意义,本文采用自适应无参经验小波变换(APEWT)和选择集成分类模型相结合的方法提高脑电(EEG)信号的分类识别准确率.首先,通过APEWT将EEG信号分解成不同的模态;然后,使用最优模态重构后的信号计算其能量谱(ES)特征,使用最优模态分量计算其边际谱(MS)特征;最后,将不同时间段的ES特征和不同频段的MS特征输入到构建的选择集成分类模型中,从而得到其分类结果,并将该方法与其他4种组合方法进行比较.实验结果表明,本文方法具有较好分类准确率和实时性,其平均分类正确率高于其他4种方法,同时较近期使用相同数据的文献也有优势.本文为在线运动想象类BCI的应用提供了新的方法和思路.

关键词：自适应无参经验小波变换选择集成分类模型运动想象脑机接口

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基于多尺度传递熵的脑肌电信号耦合分析

物理学报 2015年第24期64卷 419-428页

作者：谢平杨芳梅陈晓玲杜义浩吴晓光燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004

神经运动控制中脑肌电同步特征可以反映皮层与肌肉之间的功能联系.为定量研究脑电和肌电信号在不同时间尺度上的同步耦合特征,提出多尺度传递熵方法实现静态握力输出下的脑肌电耦合分析:对同步采集的头皮脑电信号(EEG)和表面肌电信号(E... 详细信息

神经运动控制中脑肌电同步特征可以反映皮层与肌肉之间的功能联系.为定量研究脑电和肌电信号在不同时间尺度上的同步耦合特征,提出多尺度传递熵方法实现静态握力输出下的脑肌电耦合分析:对同步采集的头皮脑电信号(EEG)和表面肌电信号(EMG)进行多尺度化,计算不同尺度因子下EEG与EMG间的传递熵值,获取不同耦合方向(EEG→EMG及EMG→EEG)上的非线性脑肌电耦合特征;进一步计算功能频段下的显著性面积指标,定量分析不同尺度下皮层肌肉功能耦合强度的差异.分析结果显示,静态握力输出时beta频段(15—35 Hz)皮层肌肉功能耦合特征显著,且beta2频段(25—35 Hz)在不同尺度上EEG→EMG方向的耦合强度大于EMG→EEG方向,耦合强度最大值和方向间耦合强度差异显著值均出现于较高时间尺度.研究结果揭示:皮层肌肉功能耦合具有双向性,且耦合强度在不同时间尺度和不同功能频段上有所差异,可利用多尺度传递熵定量刻画大脑皮层与肌肉之间的非线性同步特征及功能联系.

关键词：功能耦合脑电信号肌电信号多尺度传递熵

基于经验模态分解的自混合干涉相位提取方法研究

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物理学报 2015年第5期64卷 171-178页

作者：张玉燕周航闫美素燕山大学电气工程学院秦皇岛066004 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室秦皇岛066004

为实现光反馈机理下激光自混合干涉信号相位的精确提取,本文提出了一种基于经验模态分析(EMD)的相位提取方法.首先,采用EMD算法对含噪的自混合干涉信号进行了降噪预处理,提取有效的干涉信号.然后在对含有外腔物体运动信息的光反馈相位... 详细信息

为实现光反馈机理下激光自混合干涉信号相位的精确提取,本文提出了一种基于经验模态分析(EMD)的相位提取方法.首先,采用EMD算法对含噪的自混合干涉信号进行了降噪预处理,提取有效的干涉信号.然后在对含有外腔物体运动信息的光反馈相位求解的过程中,利用希尔伯特黄变换(HHT)原理实时提取每一时刻的瞬时相位,将其去包裹处理后得到真实相位.在弱、适度、强光反馈条件下,分别对基于EMD的相位提取算法进行了仿真研究.最后,搭建了基于自混合干涉效应的微位移测量实验平台,进行实验研究.实验结果表明,利用该方法可以实现对自混合干涉信号的相位提取,最大误差小于1.6 rad.仿真和实验结果的一致性,说明了EMD方法的有效性.

关键词：光反馈自混合干涉经验模态分解相位提取去噪

PSO聚类算法的京津冀地区气溶胶光学厚度反演

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光谱学与光谱分析 2020年第11期40卷 3321-3327页

作者：王书涛王贵川凡堃堃吴兴王玉田燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

气溶胶光学厚度(AOD)是气溶胶浓度和大气浊度的重要表征参数。通过遥感手段实现大气气溶胶光学厚度的反演是大气监测与治理过程中的重要方式,其中遥感反演AOD的重点和难点是如何选择适合卫星传感器成像特点的方法和符合研究区域的气溶... 详细信息

气溶胶光学厚度(AOD)是气溶胶浓度和大气浊度的重要表征参数。通过遥感手段实现大气气溶胶光学厚度的反演是大气监测与治理过程中的重要方式,其中遥感反演AOD的重点和难点是如何选择适合卫星传感器成像特点的方法和符合研究区域的气溶胶类型。针对传统暗目标法无法直接应用于高分四号(GF-4)卫星多光谱遥感数据的问题,通过研究得出了GF-4卫星多光谱数据中红、蓝波段等效地表反射率的分布和两者之间的线性关系,结合AOD反演原理改进暗目标法使其适用于GF-4卫星多光谱遥感数据;分析6S辐射传输模型输入参数中气溶胶类型对AOD反演精度的影响,结果表明气溶胶类型是影响AOD高精度反演的关键要素之一;利用粒子群(PSO)聚类算法对京津冀地区气溶胶特性实测样本进行聚类分析,通过分析各个气溶胶类型聚类结果的占比和半衰期变化情况,最终确定聚类得到的C1、 C4型和6S模型内置的大陆型气溶胶类型进行京津冀地区的AOD反演。为了验证不同气溶胶类型AOD反演结果的精度,将反演结果与MODIS气溶胶产品和气溶胶自动观测网(AERONET)地基站点数据进行对比验证,通过相关系数、绝对误差等评价标准对不同气溶胶类型的适用性和特点进行评价。实验结果表明,以细粒子为主导的C4型气溶胶更满足京津冀地区夏秋两季的气溶胶特点,与AERONET地基数据的一致性较好,进一步证明了PSO聚类算法能够有效减小气溶胶类型的差异对AOD反演精度的影响。

关键词：气溶胶 GF-4卫星多光谱数据京津冀地区 PSO聚类算法