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随着激光技术与弱信号探测技术的的成熟与完善,光声技术已经发展成为一种新型的无损探测技术而在物理、化学、生物医学、农学等等方面得以广泛的应用。目前,光声光谱技术、光声检测技术和光声成像技术已广泛应用于波谱研究、化学研究、表面分析、生物研究和医学研究等众多领域。光声技术主要是用于分析样品表面及内部的光吸收特性,进而反映出样品的物理特性或化学特性等特征信息,则如何由样品产生的光声信号或者光声光谱信号提取出样品的特征信息成为了一项有意义且具有挑战性的工作。本文主要是结合物理的方法与信号处理的方法提取出光声信号中的特征信息,完成了如下的工作:
首先,本文结合导数光声光谱技术与小波分析方法,精确测量了光声光谱中的弱光谱信号。首先利用自己设计的仪器装置实现光声光谱的一阶导数。在此基础上,根据导数光声光谱的数据选择合理的小波基,将光声光谱信号分解为不同频率的近似信号和细节信号的叠。被分解的信号满足线性性质且原信号的峰值信息保持不变,由频率的差异可区分出光声信号和噪声信号,从而提取出光声光谱中的弱光谱信号。结合物理方法与软件方法的分析结果,准确地测量了氙灯的输出光声光谱中三个不明显的弱峰值,峰值的位置分别为699.7nm、753.4nm和776.5nm。该方法可以更准确地提取出光声光谱的吸收峰值信息,有效地提高了光声光谱的测量精度。
其次,本文提出了利用样品产生的单脉冲光声信号提取出样品光吸收系数的方法。这种方法首先是假设光在某些样品中的传播是沿指数衰减的:这种假设适合于血糖探测或者某些溶液浓度探测的实际场合。那么用探测器探测到的光声信号看作是指数衰减的衰减曲线与探测器脉冲响应卷积的结果。通过一个自适应迭代过程使卷积的所得的光声信号与实际探测到的光声信号逐渐逼近。则衰减系数的值就反映出了样品的光吸收系数的值。本文用黑色的墨水溶液做了实验分析,结果证明用本文提出的方法所得到的吸收系数与用其他方法所测量得到的吸收系数结果是十分吻合的。这种方法在组织浓度检测,尤其是血糖、血氧检测中都有潜在的应用价值。