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期刊信息/Journal information
光谱学与光谱分析
光谱学与光谱分析

高松

月刊

1000-0593

chngpxygpfx@vip.sina.com

010-62181070

100081

北京市海淀区学院南路76号钢铁研究总院

光谱学与光谱分析/Journal Spectroscopy and Spectral AnalysisCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>本刊系中国光学学会会刊，由钢铁研究总院、中国科学院物理研究所、北京大学、清华大学联合承办的学术性刊物。刊登主要内容：激光光谱测量、红外、拉曼、紫外、可见光谱、发射光谱、吸收光谱、X-射线荧光光谱、激光显微光谱、光谱化学分析、国内外光谱化学分析最新进展、开创性研究论文、学科发展前沿和最新进展、综合评述、研究简报、问题讨论、书刊评述。本刊适用于冶金、地质、机械、环境保护、国防、天文、医药、农林、化学化工、进出口商检等各领域的科学研究单位、高等院校、光谱仪器制造厂家、从事光谱学与光谱分析的研究人员、高等院校有关专业教师和研究生、有关专业管理干部。《光谱学与光谱分析》为我国首批自然科学核心期刊，中国科协优秀科技期刊，中国科协择优支持基础性、高科技学术期刊，是中国科技论文、中国科学引文数据库、中物理文摘、中国学术期刊文摘的统计源刊，被国外的SCI，AA，CA，EI，MEDLINE，AJ等文献结构收录。
正式出版
收录年代

    光谱检测技术在毒品侦缉中的应用

    魏春生李奇峰马翔云杨云鹏...
    3001-3007页
    查看更多>>摘要：世界毒品形势日益严峻.不断涌现的新型毒品和更加隐匿的运毒方式给毒品侦缉工作带来了新的挑战.传统的毒品检测方法存在样品预处理过程复杂、检测设备昂贵、难以搬运等问题,无法满足现场快速检测的需求.光谱检测技术凭借检测速度快、无需样品预处理、设备体积小等优势正逐步成为毒品侦缉过程中重要技术手段.结合近年来光谱检测技术的研究进展,根据毒品形态综述了几种光谱检测技术在毒品侦缉中的应用.针对海洛因、甲基苯丙胺等常见固态毒品,太赫兹光谱检测和能量色散X射线衍射技术凭借高穿透性、可视化等优势,可以实现对纸张、木头、橡胶等常见藏匿物品中毒品的表征,适用于公共安全检测中毒品的快速筛查;针对毒品溶液和吸毒者体液(尿液、唾液、血液等)中毒品成分的检测,综述了红外光谱检测和表面增强拉曼散射技术最新进展,表面增强拉曼散射由于具有高度特异性的分子指纹图谱和不受水溶液影响的优势,成为液态毒品识别与检测领域研究的热点,该方法有望用于液态毒品的便携式快速检测;针对笑气等气态物质的滥用,总结了多种基于光谱检测技术的痕量气体检测方法,综述了基于量子级联激光器的呼出笑气检测进展,该技术在气态毒品检测领域有着较好的应用前景.

    毒品侦缉光谱检测技术量子级联激光器

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    燃气轮机燃烧场热声振荡的测试研究进展

    刘艳杨小帆熊燕郭沐林...
    3008-3019页
    查看更多>>摘要：氢燃料燃气轮机是目前最具有前景的研究方向,氢燃料特别是绿氢能源能够减少温室气体排放、提高能源利用率,但由于氢能燃烧化学反应速率较快、燃烧速度高,容易引发热声振荡现象.热声振荡是声波与热释放在相位差小于90°时耦合作用的结果,该现象会对燃气轮机造成疲劳损伤,甚至损坏部件,热声振荡的诱因包括火焰热释放波动、声压脉动、燃烧室内流场波动等,对这些参量的耦合研究可加深对热声振荡的认识,为预测热声振荡提供理论基础.热声振荡研究涉及到的测试参量包括动态压力、火焰热释放、温度、当量比、速度,对应的测试手段应具备高频测量的能力.动态压力的测试手段主要包括压力传感器和麦克风,由于压力的时域响应快,动态特征明显,是热声耦合作用的关键参量,研究最为广泛.火焰热释放主要使用OH*化学发光或者荧光信号来进行表征,测试手段包括图像增强型高速相机(ICCD)、光电倍增管(PMT)、平面激光诱导荧光(PLIF)等.温度测量除了常用的热电偶,光学诊断技术有可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)、PLIF、拉曼光谱(RS)等.当量比作为对燃烧有直接影响的参量,烟气分析仪等传统手段难以进行动态测量,早期使用当量比波动方程来进行评估,后来发展的TDLAS、PLIF、激光诱导击穿光谱(LIBS)等光学测试技术都具备获得当量比动态波动的能力.速度脉动是直接作用于热声振荡的参量,测试技术包括一维的双麦克风测速、热线风速仪、激光多普勒测速(LDV),以及多维的粒子图像测速(PIV)、纹影等.至今为止,关于热声振荡测量的大部分技术发展较为成熟,列举了这些燃烧诊断技术的原理以及在热声振荡或不稳定燃烧现象中的应用,并且总结了热声振荡测试的发展与展望.

    燃气轮机热声振荡吸收光谱辐射光谱散射光谱

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    第23届全国分子光谱学学术会议和第五届光谱年会暨黄本立院士百岁华诞学术研讨会(第一轮通知)

    中国光学学会中国化学会中国光学学会光谱专业委员会厦门大学...
    3019,3028,3042页
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    基于GA-SVR的近红外无创检测智能算法研究

    于欣冉赵鹏宦克为李野...
    3020-3028页
    查看更多>>摘要：近年来,由于安全、无损、高效等因素,基于近红外光谱及人工智能算法的无创检测在医学、生物等领域内备受关注.如何获取智能回归模型的近红外光谱有效特征是关键问题之一.以血糖浓度检测为例,融合近红外光谱、遗传算法与支持向量回归(GA-SVR),建立了近红外无创血糖浓度智能预测算法.首先,根据OGTT实验规则,采集志愿者无创动态血液近红外光谱及其对应的血糖浓度,进一步基于遗传算法确定最优近红外特征波长组合,最后建立支持向量机回归模型实现血糖浓度的回归预测.设计了对比实验,分别将遗传算法与多层感知机回归(GA-MLPR)、偏最小二乘回归(GA-PLSR)和随机森林回归(GA-RFR)结合,与本文提出的方法进行比较.实验结果表明,提出的GA-SVR模型预测效果最好,测试集相关系数相比GA-PLSR提高了44％,相关系数达到99.97％,均方误差为0.000 097.表明,提出的GA-SVR可以实现对近红外光谱数据的有效特征提取,验证了启发式智能算法对于近红外无创检测的可行性.

    近红外光谱无创检测特征选择遗传算法支持向量机

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    多通池内光程实时校正技术用于甲烷浓度测量的方法研究

    季益敏谈图高晓明刘锟...
    3029-3036页
    查看更多>>摘要：甲烷(CH4)是目前重要的清洁能源之一——天然气的主要成分,然而其具有易燃易爆的特性,因此监测大气和重要场所的CH4浓度有重要意义.激光吸收光谱技术由于其灵敏度高、检测速度快、选择性好和免接触等优势,在气体测量等领域获得广泛应用.为了获得更高的测量精度,通常使用光学多通池(MPCs)增加吸收光程(OPL).对吸收光程的实时准确标定具有重要意义,得到光程的准确值结合其他参数等可通过朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律直接反演出待测气体浓度而避免传统方法中标准气体定标这一复杂步骤.由于前人采用调频连续波(FMCW)和光学频域反射计(OFDR)法等具有结构较为复杂和运算量大等缺陷,提出了一种基于调幅连续波(AMCW)技术的多通池内光程测量方法,具有结构简单和测量速度快等优势,并将其与激光吸收光谱技术结合实现光程和CH4吸收谱的同时测量.主要通过光纤合束器将测光程的中心波长为650 nm的激光和测吸收谱的中心波长为1 654 nm的分布式反馈(DFB)激光器发出的激光同时耦合进物理基长为12 cm的多通池内,在出射端分别测量测光程激光振幅调制的相位和测吸收谱激光的光强以同时获得光程和吸收谱信息.测量使用体积分数为297 × 10-6的CH4标准气体和CH4在6 057.1 cm-1附近的吸收谱线.首先对实验所使用的DFB激光器进行工作电流与输出波数的标定,可将吸收谱的横坐标从点数变换为波数.然后调节光线耦合进多通池的入射角度,测量了4组不同光程与吸收谱数据,多通池内光程和吸收峰值分别为1.606 m和0.021 2、3.326 m和0.044 5、5.050 m和0.067 8与6.762 m和0.089 9.将所测光程与通过反射次数估算的光程进行线性拟合,相关系数r≈1;将所测光程与吸收峰值进行线性拟合,两者具有良好的线性关系,r≈0.999 87.以上数据验证了AMCW技术用于多通池内光程实时测量的可行性与准确性,为激光吸收光谱技术中光程的确定和浓度的测量提供了一种新方法和思路.

    甲烷激光吸收光谱技术调幅连续波光程红外光谱线性拟合

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    中红外时间拉伸频率上转换高光谱成像系统研究

    彭博温兆阳闻齐刘婷婷...
    3037-3042页
    查看更多>>摘要：高光谱成像技术是一种分析物质化学成分、物理性质和形态等信息的非接触式、无损检测方法.然而,中红外波段分子指纹谱测量,受限于探测器响应速度和固有噪声,传统的高光谱成像技术难以同时实现高速和高信噪比测量.基于时间拉伸频率上转换的光谱测量技术具有高测量速度、高光谱分辨率、宽光谱覆盖等优势,与高光谱成像技术结合后,可为快速获取样品种类与形态信息提供可靠手段.搭建了中红外时间拉伸频率上转换高光谱成像系统,同源产生1 047 nm泵浦光与1 550 nm信号光平均功率分别为2 W和100 mW,结合同步泵浦技术,可在两块周期性极化铌酸锂晶体中分别实现中红外脉冲的产生与频率上转换,完成将中红外波段分子指纹谱信息传递至近红外波段,解决了难以高速、低噪声探测中红外光谱信息的难题.通过对晶体温度与工作通道的调谐,中红外波段探测范围可覆盖2 700～3 900 nm,具有多样品检测能力.对频率上转换的近红外脉冲进行时间拉伸并与高光谱成像相结合,通过逐点扫描对比色皿中苯溶液吸收光谱及空间分布信息进行实测,光谱数据与傅里叶变换红外光谱仪测量结果高度吻合,能在8 s内完成600 μm×1 200μm空间区域的高光谱成像,单个像素点采集时间12.9 ns,光谱测量速度77.6 MSpectra·s-1,光谱分辨率5.8cm-1,证实了系统对光谱覆盖范围内液相分子的高速光谱测量及空间分辨能力.解决了传统高光谱测量方式在中红外波段存在响应速度慢、积分时间长、信噪比低的难点,能以107帧率的光谱刷新率完成多组分样品检测及其形态测量,为材料与生物成像分析等领域提供了新途径.

    中红外时间拉伸频率上转换高光谱成像

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    宽光谱吸收应用中光谱扫描区间的选择

    陶蒙蒙吴昊龙王亚民王晟...
    3043-3051页
    查看更多>>摘要：与传统的窄带扫描吸收光谱技术相比,宽光谱吸收技术可以获取更宽光谱范围内的丰富吸收数据,具有很大的技术优势.宽光谱吸收技术测量系统的硬件与传统的可调谐二极管吸收光谱技术测量系统基本一致,唯一不同的是宽光谱吸收技术则使用宽带调谐光源.实际应用中,宽光谱吸收光源一般都具有较宽的光谱覆盖范围(＞20 nm),而使用全谱段扫描会对数据采集、存储和处理提出较高的要求,从而增加系统成本和测量工作量.因此,选择合适宽度的光谱扫描区间就成为宽光谱吸收应用中的一个关键问题.利用等效下能级概念,提出了针对宽光谱吸收应用的光谱扫描区间选择的数值方法,并针对1.3μm波段和2μm波段开展了扫描区间选择研究.在1.3μm波段,计算给出的优选扫描谱段与文献报道中使用的谱段相重合,验证了选择方法的可行性和正确性.在2 μm波段,在给定工况条件下,通过实验数据验证了所选择扫描区间在温度反演精度方面的优越性.针对实际应用中面临的宽工况环境,通过计算给出了2μm波段优选的扫描光谱区间.计算结果表明,在1.8μm的短波段和1.9μm的长波段均存在适用的光谱扫描区间,其中,1.86μm附近测温精度最高;更宽的扫描带宽有助于降低系统在全光谱范围内的整体测温不确定度.相关研究可为宽光谱吸收技术在燃烧流场诊断的现场应用提供关键技术指导.

    可调谐二极管激光吸收光谱宽光谱吸收技术谱线选择掺铥光纤激光器

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    基于透射曲线拟合的高精度激光吸收光谱温度检测方法

    高慧姚树智张蒙姜萌...
    3052-3059页
    查看更多>>摘要：可调谐激光吸收光谱技术在流场检测领域应用越来越广泛,然而恶劣的现场应用环境对测试系统的环境适应性、抗噪声干扰能力提出了更高的要求.直接吸收光谱技术可以获得吸收峰的全部信息,对多类测试环境均适用,如风洞,发动机喷射流场等,然而受现场测试环境影响,获得的测试信号信噪比通常较差,难以实现高精度检测.针对这一问题,对直接吸收光谱技术的数据处理分析算法进行了分析研究,提出了一种基于透射曲线拟合的高精度温度反演分析方法.利用水汽在7 185.6和7 444.3 cm-1附近的吸收谱线,研制了基于直接吸收光谱检测技术的温度检测系统,开展了573K-1173K温度范围内测试信号的处理分析,对比分析了基线-吸收线型拟合算法与透射曲线拟合算法的反演结果.当检测温度为773 K时,相比基线—吸收线型拟合算法,透射曲线拟合算法在7 444.3 cm-1波段附近的逐点拟合误差峰峰值可以减小约30％,7 185.6 cm-1波段附近的逐点拟合误差峰峰值可以减小约16％.573～1 173 K温度范围内,透射曲线拟合算法反演温度最大误差为13 K,相比基线-吸收线型拟合算法减小了23 K.给测试信号加入不同幅度的随机噪声信号,两种算法反演温度的标准差均随噪声幅度的增加而增加,同时温度越高,温度反演标准差越大.当噪声的峰峰值分别为20、60和100 mV时,不同温度下基线-吸收线型拟合算法温度反演结果的标准差最小值为18 K,最大值为313 K,透射曲线拟合算法温度反演结果的标准差最小值为4 K,最大值为44 K.实验分析结果表明,相比基线-吸收线型拟合算法,透射曲线拟合算法可以修正激光器功率基线拟合误差,提高透射信号拟合精度,减小温度反演误差.对比不同噪声水平下测试信号的温度反演结果表明,透射曲线拟合算法在噪声干扰下可以实现更高的检测精度,具有更强的抗噪声干扰能力.

    可调谐激光吸收光谱直接吸收光谱温度检测透射曲线拟合

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    激发波长为473 nm的光致发光光谱特征对珍珠类型及其颜色成因的指示意义

    周丹怡陆太进刘玉鹏
    3060-3063页
    查看更多>>摘要：通过激发波长为473 nm的光致发光光谱对不同颜色珍珠的光致发光特征进行了对比研究,结果表明:(1)颜色未经处理的灰色、黄色、紫色和橙色珍珠的光致发光光谱峰值在570～600 nm区间,与文石的峰值一致,推测其颜色主要与文石排列结构有关.(2)颜色未经处理的紫色和橙色珍珠在500～570 nm区间内出现与文石无关的发光峰,推测其颜色还同样受有机质的影响.(3)颜色未经处理黑珍珠的峰值在800～900 nm之间,推测其黑色调主要与有机质有关.(4)经染色处理珍珠的峰值主要位于650～750 nm区间内,主要与染剂有关,而不同颜色染色珍珠具有类似的发光特征说明染色珍珠所用染剂致色成分可能有相似的基团组成.相关研究成果可为珍珠的检测鉴定、颜色成因研究提供更多科学依据.

    珍珠光致发光光谱473nm颜色成因类型

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    基于LIF对水包油型轻质油乳化液的分类识别

    陈晓玉宁晓东李心怡杜雅欣...
    3064-3068页
    查看更多>>摘要：海面溢油是海洋污染的重要形式之一,溢油在风化迁移过程中,形成如水包油,油包水,水包油包水等乳化液,其中水包油类型的乳化液受水分子的影响较大,荧光特性不突出,导致轻质油乳化液分类的困难,因此如何进行高效识别,对污染治理有重要意义.选取常见的几种轻质油分别与海水、乳化剂按照不同配比混合配置水包油类型的轻质油乳化液.采用实验室搭建的便捷激光诱导荧光(LIF)系统探测轻质油乳化液的荧光光谱.构建麻雀搜索算法(SSA)优化支持向量机(SVM)的分类模型(以下简称SSA-SVM),实现乳化阶段溢油的分类识别.采用主成分分析法(PCA)对荧光光谱进行降维,选取累计贡献率为99％的前三个主成分作为输入,轻质油的种类作为输出;采用SSA迭代得到SVM的最优参数,并构建SSA-SVM分类模型;最后将测试集样本代入到模型中进行分类识别,识别准确率为100％.该研究同时构建了粒子群算法(PSO)优化支持向量机模型(简称PSO-SVM)和遗传算法(GA)优化支持向量机模型(简称GA-SVM)作为对照,实验结果表明,SSA-SVM相比PS)-SVM和GA-SVM,测试集的轻质油乳化液分类识别准确率同比提升1.77％和3.04％;并且适应度曲线在第2代就达到最高,优于PSO的第4代和GA的第36代,收敛速度更快.采用激光诱导荧光技术实现了水包油类型的轻质油乳化液的分类识别,推进了海面溢油区域分类探测机理的发展;提出的SSA-SVM模型,为轻质油乳化液的分类识别研究提供了新思路.

    激光诱导荧光麻雀搜索算法轻质油乳化液水包油支持向量机

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