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拉曼光谱定量分析乙醇含量的非线性回归方法研究被引量：5: 2016年; 传统拉曼特征峰峰比法一般采用线性回归法建立乙醇浓度与峰峰比的线性关系从而反演乙醇浓度实现乙醇定量分析,但仅在较低浓度范围适用。针对这一问题,采用自主研制的激光拉曼乙醇含量检测系统实验研究了不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰(非对称CH_2伸缩振动2 924.0cm^(-1))与本底水峰(3 350cm^(-1))相对强度关系,提出适用于大范围乙醇浓度测量的非线性回归分析方法。利用邻域平均算法去除拉曼光谱突变噪声,结合多点插值处理实现光谱基线校准。基线校准及归一化处理后,可有效消除突变噪声及强荧光背景的影响。分别采用二次多项式和e指数数学模型对拉曼峰值强度比随乙醇浓度变化关系进行非线性回归并与线性回归分析进行对比。结果表明,线性拟合相关系数约为0.991,线性回归模型乙醇浓度准确测量的适用范围为15%~60%;非线性拟合相关系数高于0.997,非线性回归模型乙醇浓度精确测量的适用范围为3%~97%。非线性数学模型可为乙醇溶液浓度定量分析提供理论基础,将该数学模型应用于乙醇含量检测系统,可实时反演较为精确的乙醇浓度,从而实现大浓度范围内具有荧光背景干扰的乙醇溶液快速、实时、准确的定量分析。; 孙兰君张延超任秀云付石友田兆硕; 关键词：激光拉曼光谱乙醇浓度

实用化拉曼光谱水下温度遥测系统研究被引量：3: 2019年; 海水水下温度测量对研究海洋环境和气候监测及自然灾害的早期预报等十分重要。利用蓝绿激光在海水中良好的透射性,拉曼光谱技术可应用于大面积海水水下温度的快速遥感监测。但目前能够实现现场连续水温监测功能的实用化拉曼光谱水温遥测系统还尚未见报道。研制了实用化低成本的拉曼光谱水下温度遥测系统,开发了光谱实时采集和数据处理软件。数据处理中结合了面阵CCD的空间累加与时间积分及本底扣除算法,有效增强了拉曼光谱的信噪比和光谱系统的探测灵敏度。为了提高实际测温精度,以短波段拉曼谱的面积(S_(HB))与长波段拉曼谱的面积(S_(NHB))之比作为光谱信标与水温建立关系,研究了测温精度与光谱积分范围和拟合阶次的关系。实验测量了五百多组不同水温的拉曼光谱,分别选用比值S_(HB)/S_(NHB)和S_(NHB)/S_(HB)与水温进行线性拟合和二阶多项式拟合。研究结果显示,分界波长对面积比值变化范围影响很大,而拟合阶次对面积比与温度的拟合关系的准确度影响很大,两者最终都影响水温测量误差。为了更客观地反应不同面积比法、分界波长和拟合阶次对水温测量误差的影响,分析了温度测量误差与不同分界波长的关系。结果显示,温度测量误差受分界波长影响较小,受面积比法和拟合阶次影响较大;相同情况下2阶多项式拟合结果优于相应的线性拟合结果;而采用比值S_(HB)/S_(NHB)与水温进行线性拟合时测温精度较高,且拟合参数易于调整。进一步研究了不同面积比方法和分界波长对系统抗干扰性能的影响。研究结果显示,比值S_(HB)/S_(NHB)法抗干扰能力随分界波长减小而减小,而比值S_(NHB)/S_(HB)法抗干扰能力随分界波长减小而增大。上述研究结果提高了温度反演算法参数设置的合理性和拉曼散射系统测温精度及系统抗干扰能力。综合考虑上述�; 任秀云王玲田兆硕张延超付石友; 关键词：拉曼散射测温精度

Study on diffraction characteristics of a planar diamond waveguide被引量：1: 2014年; A numerical simulation is performed to study the far-field diffraction properties of planar diamond waveguides.The far-field intensity distributions of a planar air waveguide and a diamond waveguide with different distances are given by numerical calculations.In the experiment,the diffraction patterns on the screen with different distances are recorded using a He-Ne laser as the light source,wherein the laser beam is coupled with and propagates in the diamond waveguide.The simulation results are found to be consistent with the experimental ones.; 任秀云田兆硕杨敏张延峰付石友; 关键词：DIFFRACTION

相干瑞利散射海水水下温度测量技术的理论研究被引量：5: 2014年; 海水水下温度的快速大范围测量是海洋监测的重要内容,在民用和军事领域都有着至关重要的意义,本文提出了采用相干瑞利散射方法测量海水水下温度的新方法:用宽带高速光电探测器接收本振激光和海水后向瑞利散射光相干产生的差频信号,进行傅里叶变换分析获取海水瑞利散射展宽谱,从而反演海水温度,首先从海水的热力学特性出发,对利用瑞利散射谱测量海水水下温度的基本原理进行了理论研究和软件模拟;然后对采用相干探测测量海水瑞利散射谱的测量方法进行了理论分析和软件模拟;在此基础上对瑞利散射海水水下温度测量精度进行了分析,得出当水体瑞利散射频谱半宽度测量精度为1 MHz时,测温精度约为0.35 K。; 任秀云田兆硕杨敏孙兰君付石友; 关键词：瑞利散射相干探测

溢油海水双向反射分布函数的建模及仿真被引量：4: 2014年; 溢油海水双向反射分布函数(BRDF)研究可为海水表面油膜及海水中溢油乳浊液检测提供理论基础,对保护海洋周边环境及海洋生态平衡具有重要的意义.本文基于蒙特卡罗方法及Mie散射理论建立了溢油海水模型,针对532 nm及355 nm激光研究了无溢油海水、漂浮油膜海水及乳浊液海水情况下海水的BRDF,并给出不同油膜厚度及溢油浓度下海水的BRDF.结果表明双向反射分布函数对水体的污染程度十分敏感,相同观测角下,溢油海水BRDF值明显小于无溢油海水BRDF值,海水的BRDF值随油膜厚度及溢油浓度的增加而减小.海水的BRDF值可作为海水是否发生溢油污染及污染程度判断依据之一.; 孙兰君田兆硕任秀云张延超付石友; 关键词：BRDF 蒙特卡罗 MIE散射

激光波长对拉曼散射水温遥感系统测温精度及探测深度的影响被引量：6: 2014年; 机载激光拉曼散射雷达技术可以快速获取次表层海水温度的三维分布,具有重要的实用价值和经济价值.首先,从理论上分析了水的伸缩振动拉曼谱峰值位置和半高全宽与激发波长之间的对应关系,发现随着激发波长的增大,拉曼峰逐渐向长波方向移动,且拉曼光谱半高全宽显著增大.然后,实验测量了不同温度下450 nm激光和532 nm激光激发的水的拉曼光谱,对比验证了上述理论分析结果.并采用单高斯峰拟合法分析了两组拉曼光谱,拟合出高斯峰峰值位置与温度之间的关系,分析了激发波长对温度测量精度的影响.研究发现,采用较长波长的激发光可以提高拉曼光谱的测量精度,从而改善测温精度.最后,建立了拉曼散射雷达方程,分析了拉曼散射系数与激光波长之间的关系,研究了激光波长对雷达系统探测深度的影响.结果表明,激光波长对雷达系统探测深度有很大的影响,采用480 nm以下波长的激光时雷达系统探测深度较大,而采用长波段激光时雷达系统探测深度会大幅降低.实际系统设计中选取激光光源时需要综合考虑上述两方面的影响.; 任秀云田兆硕孙兰君付石友; 关键词：海水温度拉曼散射测温精度

平板空气光波导远场衍射特性的实验研究: 2015年; 为了对平板光波导的远场衍射特性进行数值模拟和实验研究,设计了一个平板空气光波导远场衍射特性测试系统。系统采用两片表面镀高反膜的反射镜平行放置构成平板空气光波导,He-Ne激光经透镜聚焦在波导入口,照相机记录波导的衍射图样。应用刀口法测量了系统激光聚焦光斑束腰宽度和位置,通过图像处理定标波导厚度,为基于频域衍射理论的平板空气光波导远场衍射特性数值模拟提供了参数设置依据和实验结果对照。实验发现,基于频域衍射理论的数值模拟所得平板空气光波导远场衍射特性与本测试系统所测得的实验结果符合较好,从而验证了该数值模拟方法的正确性。; 王新波任秀云; 关键词：测试系统图像处理

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国家自然科学基金(41306092)

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