基于表面等离子体共振海上溢油检测小型化装置的研究

发布时间：2017-07-15 20:03

  本文关键词：基于表面等离子体共振海上溢油检测小型化装置的研究

  更多相关文章： SPR传感器 光纤 棱镜 MATLAB ZEMAX 仿真 小波去噪

【摘要】：表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感技术,因其对外界介质折射率的微小变化极其敏感、可实现实时过程检测、无需标记、耗样最少等特点,而广泛应用在生物医学、环境污染以及石油化工等方面应用前景广阔。这些特点使其具备了海上早期小面积溢油检测的条件,但采用SPR传感报警海上溢油的技术和设备,目前我国还是空白。由于目前SPR体积大,不适于海上溢油检测,国内小型化SPR仪尚不成熟,且没有针对小面积不宜被发现的、高精度的溢油检测仪器装置,如国内研制的海洋浮标检测装置,只适用于溢油跟踪,不具备溢油检测的功能。与此同时,国内外还没有应用SPR传感技术进行溢油监测的技术和产品,国内所进口的溢油报警装置在其检测范围和检测准确度等方面受到一定的限制。因此对基于表面等离子共振技术应用于海上溢油监测的研究,具有重大的科学价值及现实意义。防止产生重大溢油事故,从而减少重大经济损失,同时减少对海洋生态环境和周边海岸造成的严重危害。本文为了对不易被发现的早期小面积溢油进行高精度的、全天候、实时在线的监测,以便达到早发现、早预警、早应急处理的目的,提出基于SPR小型化实时在线海上溢油检测装置的设计思想,采用入射光源以非扫描的角度调制型方式,便于光线完全覆盖待测样品检测时所需的入射角度范围,实现对海上石油平台、储油装置等可能发生溢油事故的重要敏感海域进行预警。其中,本文是通过对光纤SPR传感检测装置与棱镜SPR传感检测装置两个方面进行了分析研究,利用ZEMAX仿真软件与MATLAB理论模拟仿真优化后的数据相结合,重新对光学传感检测模块进行设计,并缩小了整体实验系统装置的机械结构模型体积以便实现小型化设计。再建立装置系统模型,进行实验验证分析,对整个系统进行数据处理与噪声分析,选用小波阈值去噪的方法校正了检测系统,在缩小存储量的同时剔除了大部分噪声信号,提高了检测精度,使得SPR检测系统满足实际运用的需求。从而,确定出最佳的装置实现海上漂浮无线传输模式的小型化SPR实时在线海上溢油检测装置。
【关键词】：SPR传感器 光纤 棱镜 MATLAB ZEMAX 仿真 小波去噪
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE95;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 论文研究背景10-11
• 1.2 国内外研究发展现状11-13
• 1.2.1 表面等离子体共振传感器发展现状11-12
• 1.2.2 海上溢油监测仪器的发展现状12-13
• 1.3 论文研究意义及内容13-15
• 1.3.1 研究意义13-14
• 1.3.2 研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 表面等离子体共振传感器原理16-27
• 2.1 表面等离子共振技术原理16-17
• 2.2 表面等离子体波的形成17-20
• 2.3 表面等离子体共振的光学激发20-22
• 2.4 表面等离子体共振传感器分类22-26
• 2.4.1 按激发方式分类22-25
• 2.4.2 按检测方式分类25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 表面等离子体共振海上溢油检测装置理论分析与选定27-40
• 3.1 SPR传感器基本结构的确定27-34
• 3.1.1 光纤材质27-29
• 3.1.2 棱镜材料29-30
• 3.1.3 金属薄膜30-33
• 3.1.4 光源选择33-34
• 3.2 光纤SPR海上溢油检测研究装置的选择34-36
• 3.2.1 光纤SPR海上溢油检测装置的原理及设计34-35
• 3.2.2 光纤SPR海上溢油检测装置构成35-36
• 3.3 棱镜SPR海上溢油检测研究装置的选择36-38
• 3.3.1 棱镜SPR海上溢油检测原理及设计36-38
• 3.3.2 棱镜SPR海上溢油检测装置构成38
• 3.4 总体技术指标38-39
• 3.5 本章小节39-40
• 第4章 SPR实验装置数据处理及分析40-52
• 4.1 光纤SPR检测传感器装置实验验证分析40-42
• 4.1.1 实验检测的目的40
• 4.1.2 实验检测数据进行模拟处理40-42
• 4.2 棱镜SPR检测传感器装置验证分析42-48
• 4.2.1 棱镜折射率仿真42-43
• 4.2.2 入射光光源仿真43-45
• 4.2.3 传感金膜厚度仿真45-46
• 4.2.4 ZEMAX仿真光路46-48
• 4.3 利用小波去噪对高斯白噪声检测去噪和平均处理48-51
• 4.3.1 检测装置噪声的影响48
• 4.3.2 SPR光谱小波去噪48-50
• 4.3.3 重复性实验50-51
• 4.4 本章小节51-52
• 第5章 棱镜SPR海上溢油检测装置实验研究52-65
• 5.1 棱镜SPR传感实验装置52-57
• 5.1.1 光源53-54
• 5.1.2 棱镜54-55
• 5.1.3 探测器55-56
• 5.1.4 数据采集部分56-57
• 5.2 数据处理及分析57-61
• 5.2.1 软件采集及分析57
• 5.2.2 数据分析处理57-61
• 5.3 不确定度分析61-62
• 5.4 棱镜SPR溢油检测小型化装置特点62-63
• 5.5 棱镜SPR溢油检测小型化装置的技术难点63-64
• 5.6 基于SPR海上溢油检测小型化装置小结64-65
• 第6章 总结及展望65-67
• 6.1 工作总结65-66
• 6.1.1 主要工作65
• 6.1.2 创新点65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 作者简介72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 Deependra Tyagi;Javier Batista Perez;Amita Nand;王培哲;那洁;朱劲松;;表面等离激元共振成像技术在识别和确认诱导多能干细胞生物标记中的应用(英文)[J];Science Bulletin;2015年04期

2 陈小龙;罗云瀚;徐梦云;张怡龙;何永红;唐洁媛;余健辉;张军;陈哲;;基于侧边抛磨光纤表面等离子体共振的折射率和温度传感研究[J];光学学报;2014年02期

3 胡佳臣;王迪峰;;基于遥感的海洋溢油监测方法[J];环境保护科学;2014年01期

4 孟庆民;郭锋;张明;;光纤表面等离子体共振传感系统的数据处理[J];光电工程;2009年07期

5 杜艳;梁大开;;小波分析用于表面等离子体波光谱的噪声滤除[J];量子电子学报;2007年03期

6 王青;王柯敏;羊小海;陈泽忠;蔡振宇;;基于化学还原法制备纳米金膜的SPR传感器[J];化学传感器;2002年01期

7 杨帆,杨秀荣;表面等离子体共振技术在分子生物学中的应用[J];生物工程学报;2001年04期

8 周金刚,金少先,陈红兵,高军毅,周士康;小波多分辨分析用于化学发光光谱的噪声滤除[J];光谱学与光谱分析;2000年02期

9 林广仁;蓝宝石单晶光纤高温测量技术[J];航空发动机;1998年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吕强;表面等离子体共振光电传感系统的研究[D];华中科技大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 魏鹏琪;基于表面等离子体共振原理的光纤传感器[D];华东师范大学;2014年

2 赵洪涛;表面等离子体共振器件的基础研究[D];吉林大学;2013年

3 赵瑞芳;基于表面等离子体共振的适配体传感器研究[D];山西大学;2013年

4 朱彩莲;光纤SPR检测系统及其数据处理[D];东南大学;2005年

，

本文编号：545495