光纤型表面等离子共振系统的信号采集与分析处理

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表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)效应被发现后,便作为一项新的分析技术在生命科学、物理化学、病毒检测等领域有了广泛应用。光纤型SPR凭借其体积小、成本低、易集成的特点迅速发展,有着巨大的市场应用前景和研究价值,所以对于光纤型SPR的信号采集和分析处理就显的尤为重要。本课题搭建了光纤型SPR检测系统,主要包括样品预处理系统,信号采集、数据分析等部分。编写了相应的测控软件,实现流程控制、参数设置、信号采集、算法分析等操作,实现了软硬件相结合。在该测控系统的基础上,对其中的算法进行了重点研究,主要包括:1)SPR信号滤波算法,采用Savitzky-Golay滤波器对信号进行滤波处理,对滤波器的参数优化(拟合阶次和窗宽)进行了深入的研究。研究表明,Stein’s无偏风险估计(Stein’s Unbiased Risk Estimate,SURE)是均方误差(Mean Squared Error,MSE)的无偏估计,SURE可以准确估计MSE,通过使SURE最小可达到优化参数的目的。2)共振波长计算分析方法,经实际测量了解到经多模光纤传导后形成的SPR信号特点,只能得到跨度较宽且不尖锐的峰,这样无疑给信号处理提出了新的要求。为此,本文提出了Fourier级数拟合法结合一维极值搜索方法来解决光纤型共振波长计算问题。经仿真验证,相对于质心法,经Fourier级数拟合后计算的共振波长准确、稳定,能真实的反映实际共振波长,并且对光源的波动不敏感,可测量高浓度溶液信号。实际测量了甘油溶液,通过浓度标定,可实现浓度的测量。课题同时为测控软件在具体实施时提供了部分软件解决方案,满足了科研需要,为光纤型SPR分析提供了有意义的参考和借鉴。
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