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关键词： 光纤SPR曲率传感   多通道曲率传感   曲率定向识别  

摘要： 光纤曲率传感器因具有抗干扰、响应快等优点得到广泛研究,目前光纤曲率传感器以光栅型和干涉型曲率传感器为主,但这两类光纤曲率传感器在测量过程中易受轴向应变和温度的交叉干扰。而基于表面等离子体共振(SPR)的光纤传感器自身对轴向应变及温度干扰不敏感,因此,利用光纤SPR传感技术实现曲率测量具有良好的研究前景。但目前基于光纤SPR原理的曲率传感器还存在两大瓶颈问题:1、只能单通道曲率测量;2、弯曲方向识别困难。本论文针对光纤SPR曲率传感器存在的这两个问题,开展了以下研究:1、通过理论分析出控制光纤的截止波长和SPR传感区外界折射率这两种方案可以影响传感谷的波段,为实现光纤SPR多通道传感奠定基础。同时理论仿真分析出在不对称结构的光纤和渐变折射率光纤上构造SPR传感区,为实现定向弯曲识别做准备。2、为解决光纤SPR传感区不能多通道曲率传感的问题。提出基于特殊截止波长光纤的多通道SPR曲率传感器,通过特殊截止波长的单模光纤与塑料包层多模光纤级联,在塑料多模光纤构造SPR传感区。利用单模光纤弯曲时,宽谱光在截止波长附近产生损耗谷,损耗谷随曲率的增加弯曲发生蓝移,SPR共振谷随曲率的增加弯曲发生红移,利用单模弯曲损耗谷和SPR共振谷发生在不同的波段,实现波分复用的光纤SPR双通道曲率传感。3、为解决光纤SPR曲率传感器不能高灵敏定向传感曲率的问题。利用渐变折射率多模光纤的自聚焦效应,和对渐变折射率光纤入射端面局部注光,控制传感区发生SPR的模式数量。以及利用光纤SPR传感区外凸弯曲时,凹槽传感区被拉伸,使渐变折射率光纤中的光束传输至传感区的全反射角度减小,光纤SPR传感区向内凹方向弯曲时,凹槽传感区被压缩,渐变折射率光纤中的光束传输至传感区的全反射角度增大,共振角度的变化趋势不同,共振波长移动方向相反,可实现弯曲方向的识别。同时改变入射端面注光点位置,可改变光束传输余弦路径,可控制凹槽传感区产生的SPR入射角,使曲率传感灵敏度提升,并能调节曲率灵敏度。4、为解决光纤SPR传感器不能同时多点定向传感曲率的问题。在第二点和第三点的研究基础上,将多点曲率传感与弯曲方向识别结合,提出基于D型双包层光纤的多通道定向识别SPR曲率传感器,设计制作的D型双包层光纤,纤芯为多模D型,纤芯圆弧侧包覆石英内包层,整体再包覆塑料外包层,机械剥除外包层后,在D形平面上镀制金膜,涂覆紫外固化胶提供折射率环境,构成SPR结构。由于纤芯为D型,内凹弯曲和外凸弯曲时SPR共振角分别增大和减小,对应的SPR共振波长分别向短波长和长波长两个方向移动,通过SPR共振波长移动方向及移动量,可实现定向曲率传感;将两个传感区级联,用折射率为1.33和1.38的紫外固化胶分别涂覆,提供不同的折射率环境,可实现双通道定向识别曲率测量。5、为解决光纤SPR传感不能多维定向传感曲率的问题。在第三点的研究基础上,提出基于渐变折射率光纤的高灵敏光纤SPR三维可方向识别传感器,在渐变光纤的三个维度上分别刻蚀SPR传感区,采用时分复用技术,利用七芯光纤分别对不同轴面上的SPR传感区通光,并控制不同轴面上传感区的外界折射率,利用共振波段达到识别弯曲轴面的效果。

关键词： 离心式微流控   化学发光   心肌梗死   血细胞滤除   多指标联检   现场即时检测  

摘要： 心血管疾病已经成为全球范围内死亡和发病的主要原因之一,例如急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)等,严重威胁了人类的生命健康水平及社会经济发展,与此同时各类心血管疾病检测方法研究得到了大家的密切关注。在筛查急性心肌梗死等危重症疾病的患者时,往往采用全血样品,确保检测灵敏度,提升患者的治疗抢救效率。化学发光免疫分析(Chemiluminescence Immunoassay,CLIA)具有检测灵敏度高,定量准确等特点,在感染性疾病、心脑血管疾病及肿瘤标志物等各类疾病检测中有广泛的应用。传统的化学发光检测仪器往往体积较大、设备复杂度较高、移动性较差,且成本较高,难以适应各类基层医疗检测环境。微流控芯片依靠其在流体驱动、系统集成等方面特点,在生物医学检测中发挥了日益重要的作用。基于微流控芯片,研究新型的便携式化学发光检测方法及装置,有利于实现灵活度高、适应性强的现场快速即时检测(Point?of Care Testing,POCT)。 首先,本文设计实现了可用于化学发光检测的全功能集成离心式微流控芯片。通过研究芯片上的血细胞滤除方法,实现了全血样品的血细胞滤除功能;针对化学发光反应中微米尺寸磁珠的运动状态切换,提出了一种芯片上的磁珠操控方法,实现了不同反应阶段下的磁珠混合与吸附;通过设计一种制作高效、成本低的储液囊用于试剂存储,实现了反应各阶段试剂存储与释放;最后研究了芯片上的化学发光反应过程的流体驱动,实现了基于离心驱动的反应过程操纵。由此在离心芯片的并行检测单元中实现了多个反应过程的并行操控,借助多重检测,提升了检测效率。 其次,本文研究了离心式化学发光微流控检测装置,此装置包括上位机系统及下位机系统。其中,下位机系统包括:离心驱动电机模块、温度控制模块、试剂释放模块、化学发光信号检测模块等功能模块,能够驱动离心芯片完成化学发光检测相关的各步反应步骤。上位机系统基于图形化软件,控制下位机完成各步反应,并对检测结果进行分析与处理。最终,让离心微流控芯片与配套检测装置相互配合,借助离心式微流控芯片的统一流体驱动,实现了针对心肌梗死疾病中心肌肌钙蛋白I靶标的“样品进、结果出”即时检测。

摘要： 光纤光栅（FBG,Fiber Bragg Grating）技术作为一种先进的传感技术，已广泛应用于各个领域。与传统传感器相比，光纤光栅具有灵敏度高、实时性强、抗干扰能力强、寿命长、体积小、应用范围广等独特优势。这些特性使得光纤光栅能够满足现代电子电路高集成度的特点以及新型传感器的设计理念和应用要求。

关键词： 机动车外廓尺寸   边缘检测   线性映射   二分法   三次样条插值  

摘要： 随着中国工业快速发展和人民生活水平的提高,我国机动车总保有量也在不断增加,与此同时,超载和超限现象也越来越严重。部分青年群体将时速不超过90公里的普通摩托车改装为时速170公里的“鬼火”摩托车;部分专门负责道路货物运输的司机,为了提升机动车载物体积和承重能力,擅自对机动车进行不合规的改装。为了减少以上问题发生,需要对出厂机动车进行严格的参数检测,相关检测部门常用的检测手段为人工检测,此方法检测时间长,且检测结果易受人为因素干扰。为了满足检测部门所需的非接触、快速、准确的检测需求,本文开展了基于视觉的机动车外廓尺寸检测系统研究,主要研究内容如下: 1、探索外廓尺寸检测系统原理。本检测系统隶属于近景摄影检测中的工业摄影检测,主要检测机动车的车长与车高,使用双相机通过透镜组成像原理采用非线性成像模型构建成像关系,结合相机标定以及检测系统所用图像处理算法,包括图像拼接、图像分割、边缘检测及尺寸检测四个部分,完成对检测系统的整体检测原理描述。 2、开展检测系统标定方法研究。当镜头畸变较小的情况下,针对图像拼接后缝合线存在形变导致标定精度低的问题,提出了基于指定位置的线性映射标定方法。当镜头畸变过大的情况下,针对非线性畸变镜头在畸变过大的情况下检测物体尺寸方法复杂、精度低的问题,提出了基于二分法的非线性畸变标定技术。通过上述方法获得物像映射关系,修正因镜头非线性畸变而造成的标定误差。 3、从图像处理的角度分析测量误差。针对图像分割后目标边缘定位效果差的问题,研究了复合式三次样条插值的边缘检测方法,获取图像分割后边缘点的亚像素级坐标,从而提高边缘检测精度,完成机动车外廓尺寸的检测。 4、检测系统总体设计、构建与实验。构建了包含照明光源和成像组件的检测系统,并开发专用的检测软件,针对五种不同型号的机动车,获得准确的高度和长度信息,通过对检测数据分析,测量误差范围在-9.34mm～9.72mm之间,检测时间平均为6.6s,验证了本系统的准确性及稳定性。

关键词： 非接触式测量   激光标尺   目标信息提取   直径测量   距离测量  

摘要： 森林树木直径的快速有效检测对于保护生态环境、促进经济发展和应对气候变化具有重要意义。非接触式检测方法以其高效快速、无损检测、安全性高、适用性强等优势,表现出极好的发展前景。本文立足于解决森林树木直径高效快速检测的问题,利用非接触式激光检测的方式,建立了待测树木直径及待测树木与测试点间距离的数学模型,设计了树木直径激光检测方案,编写了激光标尺前景目标信息提取程序,进行了激光标尺的实验室校准和测试,实现了野外树木直径及距离参数的检测。 本文研究的主要内容及获得的成果如下: 1)依据光学系统成像原理建立了待测树木直径以及待测树木与测试点的距离的数学模型;基于图像处理多种方法的分析,设计了复杂背景下激光标尺的前景信息提取方法。 2)根据森林树木直径检测实际环境,确定了检测系统的技术指标,设计了基于激光标尺的总体检测方案,建立了基于单线激光标尺和双线激光标尺的直径两种具体检测方案,依据激光标尺技术要求,利用Zemax软件完成了单线激光标尺和双线激光标尺的光路仿真设计;基于系统的具体技术指标完成了测量系统的器件选型,进行了测量系统的平台搭建。 3)在实验室进行了单线激光标尺光路和双线激光标尺光路的搭建及校准,利用直径为108mm,98mm,86mm的纸筒模拟树木树干,完成了实验室直径检测,测试结果表明:单线激光标尺进行直径检测时,单线激光标尺随着待测物距离增大,标尺的识别精度降低,对参数的测量精度影响较大,检测误差小于2.57%;双线激光标尺进行直径检测时,待测物距离对标尺的识别精度影响较小,检测误差小于1.44%。因而野外检测时采用双线激光标尺检测系统进行测量。 4)具体分析了野外检测的条件,设计了野外测量实验整体流程和实验平台利用MATLAB程序编写了图像处理和信息提取软件系统;分别对晴天与阴天的森林树木进行了野外测试,基于已经建立的树木直径、距离与激光标尺横向长度、纵向中心距的数学模型,通过图像处理和信息提取软件系统完成了待测树木的直径和距离的解算,获得了检测结果;并对结果进行了数据分析和综合误差分析。结果表明:距离在5米到25米树木检测时,待测树木直径的相对测量误差小于2.21%,待测树木直径的绝对误差均在±5mm之间,树木距离的相对误差小于1.84%,待测树木距离的绝对误差均在±30cm之间,符合预期技术指标。

关键词： 孕早期   唐氏综合征   透明层厚度   超声   高风险   妊娠相关蛋白-A  

摘要： 目的 探讨与分析孕早期超声检测透明层（nuchaltranslucency,NT）厚度筛查唐氏综合征（Down'ssyndrome,DS）高风险预后的价值。方法 选择2019年8月—2023年2月在北流市人民医院进行建档分娩的高危产妇86例作为研究对象，根据唐氏综合征风险值将其分为高风险组（DS筛查风险值≥1/270）与低风险组（DS筛查风险值<1/270）。所有产妇都给予超声检测NT厚度，检测所有产妇的血清妊娠相关蛋白-A联合人绒毛膜促性腺激素含量，判定预后情况。结果 高风险组的血清人绒毛膜促性腺激素水平高于低风险组，差异有统计学意义（P<0.05），而血清妊娠相关蛋白-A水平低于低风险组，差异有统计学意义（P<0.05）。高风险组超声NT厚度显著高于低风险组，差异有统计学意义（P<0.05）。logistic回归分析显示，血清妊娠相关蛋白-A、人绒毛膜促性腺激素含量、超声NT厚度都为导致唐氏综合征高风险发生的重要因素。在高风险组20例中，羊膜穿刺判断为胎儿染色体异常5例，占比25.00%，其中4例为NT增厚产妇。ROC分析显示，孕早期超声检测NT厚度筛查唐氏综合征高风险预后胎儿染色体异常的最大曲线下面积为0.826。结论 孕早期唐氏综合征高风险人群多表现为血清人绒毛膜促性腺激素含量升高与血清妊娠相关蛋白-A含量降低，也伴随有超声NT厚度增加，孕早期超声检测NT厚度筛查唐氏综合征高风险人群能有效预测预后情况。