基于锁相放大的改进型双积分球系统研究

论文摘要

本文提出了对被测物质的光学参数进行检测研究的思路,希望通过获取可量化的光学参数来明晰光在穿过样品时吸收和散射的作用机理和物理含义,从而对它们各自所携带的“原信息”做出准确表达,进而为探索基于光学参数的分析测试方法、研制相应的检测仪器打下基础。为实现对类组织体的浑浊介质光学参数的检测,结合一般浑浊介质的特点及其后续的研究选定了双积分球法来测量其光学参数。在对双积分球法的测量原理、系统组成和测量技术进行深入研究的基础上自行设计了一套基于锁相放大器的改进型双积分球系统,此系统通过对光源进行调制,然后利用锁相放大器的窄带滤波特性有效地提高了系统的信噪比,文中对系统的关键部件和影响测量精度的因素进行了详细的分析和说明。采用1310nm的半导体激光器作为分析光源,对intralipid-10%溶液（强散射弱吸收介质）和硫酸铜溶液（纯吸收介质）及其混合溶液做了光学参数测量准确性的系统验证实验,结果显示对散射介质测量的最大相对误差为5.8%;对吸收介质最大误差为5.3%。在此基础上,选用纯牛奶、葡萄糖溶液等样品作为研究对象,对其光学参数进行了实际测量,给出测量结果,发现利用光学参数的变化可以进行辨别牛奶种类和检测牛奶变质的实验,对于葡萄糖溶液则验证了吸收的置换现象和浓度影响折射率进而影响散射系数的现象。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究任务和研究内容
• 第二章 组织光学的基础理论
• 2.1 组织光学概述
• 2.2 光与浑浊介质的相互作用形式
• 2.2.1 浑浊介质对光辐射的吸收作用机理分析
• 2.2.2 浑浊介质对光辐射的散射作用机理分析
• 2.3 常见浑浊介质光学参数介绍
• 2.4 本章小结
• 第三章 浑浊介质光学参数测量方法
• 3.1 光学参数的测量方法分类
• 3.1.1 活体组织光学参数测量方法
• 3.1.2 离体组织光学参数测量方法
• 3.2 双积分球光学参数测量原理
• 3.3 逆倍增方法（Inverse Adding Doubling）原理
• 3.4 当前测量系统存在的问题及提高测量精度的方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于锁相放大原理的改进型双积分球系统
• 4.1 系统搭建
• 4.1.1 设计思路
• 4.1.2 系统构成
• 4.2 影响积分球系统测量准确性的因素分析
• 4.2.1 积分球通光口径和样品池厚度对测量的影响
• 4.2.2 准直检测器的位置调整对测量结果的影响
• 4.2.3 样品折射率对测量结果的影响
• 4.3 测量技术
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统实验验证
• 5.1 系统信噪比
• 5.2 实验验证
• 5.2.1 准直测量准确性的验证
• 5.2.2 纯散射特性物质的测量
• 5.2.3 纯吸收特性物质的测量
• 5.2.4 散射物质和吸收物质同时存在测量
• 5.2.5 结论
• 5.3 实际产品的测量
• 5.3.1 纯牛奶与“还原奶”的鉴别
• 5.3.2 通过测量牛奶的光学参数进行牛奶变质检测
• 5.3.3 葡萄糖浓度对光学参数的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 当前系统的不足之处与改进意见
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢