太赫兹频域光谱仪

[color=#444444]求助!我最近测试了太赫兹时域光谱，只得到了时间和电场强度的数据，请问如何处理成折射光谱和吸收光谱的数据?[/color]

美国科研人员开发出了首个集成太赫兹（THz）固态收发器，新设备比目前使用的太赫兹波设备更小，功能更强大。相关研究成果发表在最新一期的《自然·光子学》杂志上。　　太赫兹技术是近年来十分热门的一个研究领域，2004年被评为影响世界未来的十大科技之一。美国能源部桑迪亚国家实验室的研究人员将同一块芯片上的探测器和激光器结合在一起，制造出了该接收设备。在实验中，研究人员将一个小的肖特基二极管嵌入一个量子级联激光器（QCL）的脊峰波导空腔中，让能量能够从量子级联激光器内部的磁场直接到达二极管的阴极，而不需要光耦合通路。这样，研究人员就不需要再为制造这些收发器等设备所需要的光学“零件”如何定位而“抓耳挠腮”了。　　新的固态系统利用了太赫兹波发出的频率。太赫兹波是指频率在0.1THz—10THz范围的电磁波，介于微波与红外之间，它能够穿透非金属材料，从而为安检、医学成像提供新的手段，在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。　　量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件之一，科学家于2002年演示了半导体太赫兹量子级联激光器。太赫兹量子级联激光器的一个优势在于其能够同其他组件一起被整合在同一个芯片上。然而，此前要想装配出灵敏的相干收发器系统，研究人员需要将零散的、并且常常是巨大的组件组合到一起。而现在，研究人员只是将太赫兹量子级联激光器和二极管混频器整合在一个芯片上，就可以组成一个简单实用的微电子太赫兹收发器。　　研究人员也证明，新的太赫兹集成设备能够执行以前组件零散的太赫兹系统的所有基本功能，例如传输相干载波、接受外部信号、锁频等。

[font=宋体][font=宋体]太赫兹泛指频率在[/font][font=Times New Roman]0.1THz[/font][font=宋体]到[/font][font=Times New Roman]10THz[/font][font=宋体]波段内的电磁波，位于红外和微波之间。[/font][/font][font='Times New Roman'][font=宋体]太赫兹光谱具有很宽的带宽[/font][/font][font=宋体]（[/font][font='Times New Roman']0.1 ~10TH[/font][font=宋体][font=Times New Roman]z[/font][font=宋体]），动态范围大，具有大于[/font][font=Times New Roman]10[/font][/font][sup][font=宋体][font=Times New Roman]5[/font][/font][/sup][font=宋体]的高信噪比；具有瞬态性，可以进行时间分辨光谱的研究；[/font][font='Times New Roman'][font=宋体]太赫兹光谱[/font][/font][font=宋体]光子能量低，穿透性强，适合于生物组织的活体检查。但存在仪器价格非常昂贵，分析检测环境要求高等缺点。而[/font][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]则对分析环境要求较低，受环境因素影响小；此外，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器价格便宜，尤其是[/font][font=Times New Roman]CCD[/font][font=宋体]型微型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]，且仪器性能稳定，具有较好的环境抗干扰能力，适用于工业生产场景的检测应用。[/font][/font]

为研制太赫兹设备与操控系统开辟了广阔舞台 中国科技网讯 在电磁波谱中，太赫兹波段是当前最热的研究范围之一。据美国物理学家组织网5月2日报道，美国圣母大学通过实验证明了利用石墨烯原子层可以有效操控太赫兹电磁波，并制作了一台基于石墨烯材料的太赫兹调制器样机，为开发紧密高效且经济的太赫兹设备与操作系统开辟了广阔舞台。相关论文近日发表在《自然·通讯》杂志上。 人们每天都在用着电磁能量，看电视、听广播、用微波炉做爆米花、用手机通话、拍X光片等，电子产品和无线电设备中的能量大部分是以电磁波形式传输的。太赫兹波处于微波和可见光频率之间，在日常生活中有着重要应用。比如在通讯设备中，用太赫兹波能携带比无线电波或微波更多的信息；在拍X光片的时候造成的潜在伤害更小，所提供的医学和生物图像分辨率也比微波更高。 “太赫兹技术前景光明，但一个最大的瓶颈问题是缺乏有效的材料和设备来操控这些能量波。如果有一种天然二维材料能对太赫兹波产生明显反应，而且可以调节，就给我们设计高性能太赫兹设备带来了希望。而石墨烯正是理想的材料。”圣母大学电学工程系研究生贝拉迪·森赛尔-罗德里格斯说，石墨烯是仅有一个原子厚度的半导体材料，具有独特的电学、机械力学和热学性质，在诸多领域都有着潜在的应用价值，如最近开发的快速晶体管、柔性透明电子产品、光学设备，以及目前正在开发的太赫兹主动元件。 研究小组演示了他们用于概念论证而制作的第一台样机，这台基于石墨烯材料的调制器，可在石墨烯内部实现带内跃迁，是目前唯一能做到这一点的太赫兹设备。 该校电学工程系副教授邢慧丽（音译）指出，石墨烯自发现以来，一直被当作新研究的理想平台，但至今它在现实中还很少应用，操控太赫兹波就是其应用之一。在2006年时，他们曾想用二维电子气体来操控太赫兹波，去年他们论证了基于石墨烯的高性能设备，今年是首次通过实验证明了这种设备，并将进一步开展研究。（记者 常丽君） 《科技日报》（2012-05-04 二版）

昨晚的北京经历了过年最后的疯狂，烟花爆竹不断，仿佛回到了年三十。今天的天气依然不错，进入新闻短评，欢迎大家讨论!　　从太赫兹安检技术延伸看安检技术　　新闻链接：http://www.instrument.com.cn/news/20120206/073687.shtml　　今天看到一条新闻“我国太赫兹安检技术研究取得进展”，新闻中提到“说该项技术样机将于年内面世，快速准确地检测出是否有人携带武器、毒品、爆炸物等违禁品，并且该技术对人体更加安全。”　　对于太赫兹技术，我不是专家，没有发言权。但作为一名每天都要接受安检检测的普通人，我希望安检技术能够更简便，同时更快速，当然对人体安全是首要的。不知道这种太赫兹安检技术能否能满足我这样的需求。　　目前，我们接触到最多的安检技术就是基于X射线技术的安检机，这种技术通过对包内物成像后，再由工作人员来进行判断。对我而言，我觉得他最大的缺点就是太慢了，太繁琐，特别在地铁口，导致很多人不愿意按规则接受安检。　　其次是金属探测器，在飞机场安检时，手持的，在人体上移动的仪器就是金属探测器。这类仪器故名思议只能对金属危险品可以检测。对我而言，这个速度还是比较快的。　　第三是Smiths Detection的基于离子迁移谱技术的毒品痕量检测仪，我在成都机场曾经接受过此检测。这项技术进行检测，是通过一个与仪器匹配的试纸现在行李上进行触碰，而后将试纸放入仪器中进行检测。我对这项安检技术体验较好，第一速度很快，第二受检者基本不需要有任何的配合。　　第四是基于拉曼光谱的安检技术。前三种技术，我在生活中都切身体验过，而唯独这项技术我只在仪器展会上看到过演示。测量是通过探头对可疑的物品(如粉末或瓶装液体)的触碰，然后通过与数据库中的毒品物谱图相对比而进行判断，速度也比较快。　　以上四种技术都有各自所专注的一方面，新的太赫兹技术据报道看可以满足现有技术的所有能满足的各种需求，不知道是否如此，欢迎大家讨论?另大家有没有亲身经历过别的或了解到别的技术?也欢迎提供。

太赫兹谱测量有些什么商用仪器

我有个问题，为什么太赫兹的穿透能力会很强？能有多强？

[align=center][img=,500,109]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/1bf362c7-d04f-4598-abef-b156b7517a65.jpg[/img][/align]太赫兹波在通讯和成像等方面颇具应用价值。强场超快激光与物质非线性相互作用是产生太赫兹波的重要方式之一。等离子体、气体、晶体等太赫兹产生介质相关的实验与理论研究较为充分。然而，液体水是很强的太赫兹波吸收介质，尚未有其产生太赫兹波的报道。2017年，实验发现，液体薄膜厚度或液体束直径降到微米量级时，太赫兹波的辐射大于吸收。这开启了液体太赫兹波研究的新方向。近年来，液体太赫兹波领域有实验报道，但实验观测到的较多现象均与其他介质的结果不同。例如：单色激光场可以有效地产生液体太赫兹波，而气体介质需要特定相位差的双色激光；液体太赫兹波的产率与驱动激光的能量是正比关系，而气体介质中是平方关系；在一定范围内液体太赫兹波的产率随激光的脉冲宽度的增加而增加，而气体介质相反；在双色激光的驱动下，液体太赫兹波出现非调制信号，在气体介质中却未见类似信号。复杂无序的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]体系的理论研究一直是难题，以上现象难以用已有理论来解释。科研人员只能基于之前的等离子体模型和界面效应等，来解释一些高光强下的宏观实验结果。近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员卞学滨和博士研究生李正亮，提出了产生液体太赫兹波的位移电流模型，可以系统解释上述实验观测到的系列反常现象。该微观机制模型的物理图像如图所示：液体的无序结构使得电子波包局域化，同时不同分子的外层电子的能量受到环境的影响而发生移动，在强场激光的作用下不同分子的外层电子发生跃迁，产生非对称体系的位移电流。这些跃迁的能量差在太赫兹能量区域，进而辐射出太赫兹波。同时，该工作表明原子核的量子效应起到关键作用，并预言太赫兹辐射可以研究液体的同位素效应。[align=center][img=,500,140]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/ab7bd8de-a34e-46d4-8c18-af8e57f38952.jpg[/img][/align]关于液体中激光诱导太赫兹（THz）辐射的实验研究取得了长足进展。液体太赫兹显示出许多不同于气体和等离子体太赫兹的独特特征。例如，液体太赫兹可以通过单色激光有效产生。驱动脉冲持续时间越长，产生率越高。它还与激发脉冲能量成线性关系。在双色激光场中，测量到了意想不到的未调制太赫兹场，其对驱动激光能量的依赖性与调制太赫兹波完全不同。然而，由于难以描述复杂无序液体中的超快动力学，其潜在的微观机制仍不清楚。在此，提出了一个位移电流模型并且理论成功地再现了实验观测结果。此外，理论上还可进一步用于研究太赫兹辐射在 H[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font]O 和 D[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font]O 中的核量子效应。这项工作为研究块状液体中太赫兹辐射的起源提供了基本见解。上述成果是卞学滨团队在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]强场超快动力学研究领域继高次谐波统计涨落模型之后的又一理论进展。相关研究成果以Terahertz radiation induced by shift currents in liquids为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。[align=center][img=,500,407]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/abaa2b75-02df-446e-b97d-f1ac0f39ce5b.jpg[/img][/align][align=center]液体太赫兹波产生的原理图[/align][来源：仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]

中文名称: 赫兹 　 外文名: H．R．——Heinrich Rudolf Hertz 　 生卒年: 公元1857-1894 　 洲: 欧洲 　 国别: 德国 　 省: 汉堡 　 赫兹，德国物理学家。1857年2月22日生于汉堡。父亲为律师，后任参议员，家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣，12岁时便有了木工工具和工作台，以后又有了车床，常常用以制作简单的实验仪器。1876年赫兹入德累斯顿工学院学习工程，由于对自然科学的爱好，转入慕尼黑大学学习数学和物理，第二年又转入柏林大学，在H．von亥姆霍兹指导下学习并进行研究工作。在随赫尔姆霍兹学习物理时，受赫尔姆霍兹的鼓励研究麦克斯韦电磁理论。赫兹决定以实验来证实韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。依照麦克斯韦理论，电扰动能辐射电磁波。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理，设计了一套电磁波发生器，赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。当感应线圈的电流突然中断时，其感应高电压使电火花隙之间产生火花。瞬间后，电荷便经由电火花隙在锌板间振荡，频率高达数百万周。由麦克斯韦理论，此火花应产生电磁波，于是赫兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。他将一小段导线弯成圆形，线的两端点间留有小电火花隙。因电磁波应在此小线圈上产生感应电压，而使电火花隙产生火花。所以他坐在一暗室内，检波器距振荡器10米远，结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板，入射波与反射波重迭应产生驻波，他也以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实。赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样。电磁波传播的速度等于光速。1887年11月5日，赫兹在寄给亥姆霍兹一篇题为《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文中，总结了这个重要发现。1888年，赫兹的实验成功了，麦克斯韦理论也因此获得了无上的光彩。在发现电磁波不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。1880年他以纯理论性工作的《旋转导体电磁感应》论文获得博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。1885～1889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授。赫兹还通过实验确认了电磁波是横波，具有与光类似的特性，如反射、折射、衍射等，并且实验了两列电磁波的干涉，同时证实了在直线传播时，电磁波的传播速度与光速相同，从而全面验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。并且进一步完善了麦克斯韦方程组，使它更加优美、对称，得出了麦克斯韦方程组的现代形式。此外，赫兹又做了一系列实验。他研究了紫外光对火花放电的影响，发现了光电效应，即在光的照射下物体会释放出电子的现象。这一发现，后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础。1889～1894年接替R．克劳修斯的席位任波恩大学物理学教授。1894年1月1日因血液中毒在波恩逝世，年仅36岁。为了纪念他在电磁波发现中的卓越贡献，后人将频率的单位命名为赫兹。相关研究领域：数学、物理学，特别是在电磁学方面。在赫兹以前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因为未经系统的科学实验证明，始终处于“预想”阶段。把天才的预想变成世人公认的真理，是赫兹的功劳。同时，赫兹在人类历史上首先捕捉到电磁波，使假说变成现实。相关作品:1、《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》2、《论动电效应的传播速度》3、《论电力射线》

氟在化学世界中具有重要地位。氟在所有原子中电负性最高、极化率最低。同时，氟是所有非惰性气体和非氢元素中半径最小的元素。通常，氟的引入使得有机化合物和无机化合物产生独特的物理性能、化学性能和生物性能。地壳中氟元素的丰度排在第13位，是自然界中含量最丰富的卤素。当前，氟已应用于制药、催化、生物、农业和材料等领域。在无机氧化物体系中，氟和氧的离子半径相似，具有较好的可替代性。因此，利用氟替代氧/羟基成为增强氧化物/羟基氧化物物化性质的有效途径之一。尽管氟化策略已在无机氧化物/羟基氧化物结构和性能改性中受到重视，但反应产物的结构分析仍是化学表征的难题。由于氟和氧对X射线和电子束的散射能力相近，致使准确区分和鉴别这两类元素变得困难。更复杂的是，X射线和电子束几乎不和氢原子相互作用，故X射线和电子束方法难以区分氟和羟基。因此，氟化产物中氟和氧/羟基的准确区分是确定取代位点、研究氟化反应规律以及明晰反应路径等课题的研究基础。[color=#ff0000]近日，中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队与内蒙古医科大学教授额尔[/color][color=#ff0000]敦[/color][color=#ff0000]、台湾大学教授Hayashi [/color][color=#ff0000]Michitoshi[/color][color=#ff0000]、日本静冈大学教授Tetsuo Sasaki、日本神户大学教授Keisuke Tominaga，以水溶液中硼酸的氟化反应为研究对象，发展了基于高分辨率太赫兹光谱的结构解析方法。[/color]在本研究中，我们展示了太赫兹（THz）光谱为应对这一挑战提供的强大工具。该团队利用这一方法测定了反应产物中功能基元上氟和羟基的位点。结果表明，该反应体系中氟原子只出现在BO[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font]F[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font]阴离子功能基元上。在结构测定的基础上，该研究推导了水溶液中硼酸的氟化机理，提出了两步氟化历程。第一步是氟离子和硼酸分子B(OH)[font=等线][sub][size=13px]3[/size][/sub][/font]形成配位共价键，促使硼的电子轨道经历从sp[font=等线][sup][size=13px]2[/size][/sup][/font]到sp[font=等线][sup][size=13px]3[/size][/sup][/font]的转变，形成B(OH)[font=等线][sub][size=13px]3[/size][/sub][/font]F中间体。第二步是氟化剂产生的酸性环境使该中间体上的一个OH质子化，形成OH[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font][font=等线][sup][size=13px]+[/size][/sup][/font]优势离去基团。进而，氟离子通过亲核取代路径取代OH[font=等线][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font][font=等线][sup][size=13px]+[/size][/sup][/font]基团，完成第二步氟化。基于高分辨率太赫兹光谱的结构分析方法，适应于含氟/氧、铍/硼、碳/氮等X射线难以识别元素对的结构体系以及用于研究其他羟基氧化物/氧化物氟化反应机理。[align=center][img=,500,256]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/9cc47a87-9e7a-44a3-a144-71e69f2e9a0d.jpg[/img][/align][align=center]水溶液中硼酸的氟化路径示意图[/align]该方法为无机氟化学晶体结构基元精确解析和反应理论研究提供了新途径，而这一过程以前由于结构不明确而受到阻碍。在太赫兹光谱学的启发下，这项工作标志着我们在深入了解氧化物/氢氧化物氟化过程中的精确结构和反应机制方面又向前迈进了一步。。相关研究成果发表在《德国应用化学》上。新疆理化所为第一完成单位。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院和新疆维吾尔自治区等的支持。[align=center][img=,500,205]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/6715a417-4887-42ca-a47c-044234041f99.jpg[/img][/align][来源：仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]

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[font=Calibri][font=宋体]仪器信息网于[/font]5[/font][font=Calibri][size=10.5pt][font=宋体]月[/font]26-29[font=宋体]日组织召开[/font][b] [size=18px][b]第九届光谱网络会议[/b][/size][/b][/size][/font][font=Calibri][size=10.5pt][font=宋体]，特邀嘉宾[url=https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/News/expert?id=6560]王与烨(天津大学)[/url][/font][font=宋体]，带来报告《[b][url=https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/News/expert?id=6497]太赫兹波谱与成像技术在脑胶质瘤原位识别中的研究[/url]》[/b]；[/font][/size][/font][font=宋体]欢迎感兴趣的你，报名参会！[/font][b][font='Times New Roman'][color=#0563c1][url=https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/SCIEX522/]https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCS2020/[/url][/color][/font][/b]

电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz，最高可达150MHz。电源噪声，特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高、随机性强，对微机和数字电路易产生严重干扰。[b]示波器频域分析在电源调试的应用[/b]本文谈到这么多年来最受关注的电源噪声测量问题，有最实用的经验总结，有实测案例佐证，有仿真分析相结合。在电源噪声的分析过程中，比较经典的方法是使用示波器观察电源噪声波形并测量其幅值，据此判断电源噪声的来源。但是随着数字器件的电压逐步降低、电流逐步升高，电源设计难度增大，需要使用更加有效的测试手段来评估电源噪声。本文是使用频域方法分析电源噪声的一个案例，在观察时域波形无法定位故障时，通过FFT（快速傅立叶变换）方法进行时频转换，将时域电源噪声波形转换到频域进行分析。电路调试时，从时域和频域两个角度分别来查看信号特征，可以有效地加速调试进程。在单板调试过程中发现一个网络的电源噪声达到80mv，已经超过器件要求，为了保证器件能够稳定工作必须降低该电源噪声。[align=center] [img]https://www.yishangm.com/upload/image/20180329/20180329145409_85669.png[/img][/align]在调试该故障前先回顾下电源噪声抑制的原理。如下图所示，电源分配网络中不同的频段由不同的元件来抑制噪声，去耦元件包含电源调整模块（VRM）、去耦电容、PCB电源地平面对、器件封装和芯片。VRM包含电源芯片及外围的输出电容，大约作用于DC到低频段（100K左右），其等效模型是一个电阻和一个电感组成的二元件模型。去耦电容最好使用多个数量级容值的电容配合使用，充分覆盖中频段（数10K到100M左右）。由于布线电感和封装电感的存在，即时大量堆砌去耦电容也难以在更高频起到作用。PCB电源地平面对形成了一个平板电容，也具有去耦作用，大约作用在数十兆。芯片封装和芯片负责高频段（100M以上），目前的高端器件一般会在封装上增加去耦电容，此时PCB上的去耦范围可以降低到数十兆甚至几兆。因此，在电流负载不变的情况下，我们只要判断出电压噪声出现在哪个频段，那么针对这个频段所对应的去耦元件进行优化即可。在两个去耦元件的相邻频段时两个去耦元件会配合作用，所以在分析去耦元件临界点时相邻频段的去耦元件也要同时纳入考虑。[align=center][img]https://www.yishangm.com/upload/image/20180329/20180329145421_52774.png[/img][/align]根据传统电源调试经验，首先在该网络上增加了一些去耦电容，增加电源网络的阻抗余量，保证在中频段的电源网络阻抗都能满足该应用场景的需求。结果纹波仅降低几mV，改善微乎其微。产生这个结果有几个可能：1、噪声处在低频，并不在这些去耦电容起作用的范围内；2、增加电容影响了电源调节器VRM的环路特征，电容带来的阻抗降低与VRM的恶化抵消了。带着这个疑问，我们考虑使用示波器的频域分析功能来查看电源噪声的频谱特性，定位问题根源。示波器的频域分析功能是通过傅立叶变换实现的，傅立叶变换的实质是任何时域的序列都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。我们分析这些正弦波的频率、幅值和相位信息，就是将时域信号切换到频域的分析方法。数字示波器采样到的序列是离散序列，所以我们在分析中最常用的是快速傅立叶变换（FFT）。FFT算法是对离散傅立叶变换（DFT）算法优化而来，运算量减少了几个数量级，并且需要运算的点数越多，运算量节约越大。[b]示波器捕获的噪声波形进行FFT变换的关键点[/b]示波器捕获的噪声波形进行FFT变换，有几个关键点需要注意。1、根据耐奎斯特抽样定律，变换之后的频谱展宽（Span）对应与原始信号的采样率的1/2，如果原始信号的采样率为1GS/s，则FFT之后的频谱展宽最多是500MHz；2、变换之后的频率分辨率（RBW Resolution Bandwidth）对应于采样时间的倒数，如果采样时间为10mS，则对应的频率分辨率为100Hz；3、频谱泄漏，即信号频谱中各谱线之间相互干扰，能量较低的谱线容易被临近的高能量谱线的泄漏所淹没。避免频谱泄漏可以尽量采集速率与信号频率同步，延长采集信号时间及使用适当的窗函数。电源噪声测量时不要求较高的采样率，所以可以设置很长的时基，这也意味着采集的信号时间可以足够长，可以认为覆盖到了整个有效信号的时间跨度，此时不需要添加窗函数。调整以上设置可以得到比较准确的FFT变换曲线了，再通过zoom功能查看感兴趣的频点。如下图中电源噪声的主要能量集中在11.3KHz左右，并以该频率为基波频率谐振。据此可以推断本PDN网络在11.3KHz处的阻抗不能满足要求，电容在该频点的阻抗也比较高，起不到降低阻抗的作用，所以前面增加电容并不能减小电源噪声。一般来说，11.3KHz应该是VRM的管辖范围，此处出现较大噪声说明VRM电路设计不能满足要求。这里对VRM的性能进行分析，VRM分析的方法众多，此处主要采用仿真其反馈环路波特图的手段。波特图主要观察几个关键信息：1、穿越频率，增益曲线穿越0dB线的频率点；2、相位裕度，相位曲线在穿越频率处所对应的相位值；3、增益裕度，相位在-360°时所对应的增益值。这里我们主要关注穿越频率和相位裕度这两个指标。从VRM的环路波特图（如下图a）可以看到，VRM的穿越频率在8KHz左右，相位裕度37度。这里存在两个问题：首先VRM的相位裕度一般需要大于45度才能保证环路的稳定工作，这里相位裕度稍小一些，需要增加相位裕度；其次穿越频率太低，穿越频率附近VRM的调整作用逐渐降低，而此频点bulk电容还起不到作用，所以在8KHz附近会存在较高的阻抗，这个频点的噪声抑制作用较差。下图（b）是优化VRM环路之后的波特图，调整相位裕度到50度，穿越频率推到46KHz左右。[align=center][img]https://www.yishangm.com/upload/image/20180329/20180329145434_88284.png[/img][/align]对优化后的VRM验证纹波，可以看到纹波明显降低到33mv，能够满足器件要求。[align=center][img]https://www.yishangm.com/upload/image/20180329/20180329145443_15140.png[/img][/align]上述案例是使用示波器FFT功能快速定位电源问题的过程，从这个例子可以看到示波器的频域分析功能在电路调试时可以发挥很大作用。示波器的FFT功能配合长存储深度可以很方便地分析低频率长周期信号，这个优势在数字电路调试中比较突出。

[size=16px][color=#ff0000][b][url=https://www.instrument.com.cn/job/position-86332.html]立即投递该职位[/url][/b][/color][/size][b]职位名称：[/b]激光器工程师-青岛市[b]职位描述/要求：[/b]岗位职责：1、参与产品开发、研制，完成研发任务，光学系统的方案评估与研发设计；2、负责光成像产品系统从开发到样机调试与评价的全流程实施跟进。开展从光源到探测器的光学系统实验、安装、调试及结果分析；3、现有光学仪器的升级及改进；4、专利撰写，编制检验规程及相关技术文档。任职要求1、光学或光信息、激光、光电子等方向本科或以上学历，优秀的硕士应届生亦可；2、熟悉光纤光学原理、激光器原理、光电探测原理，有光机电一体化产品开发经验者优先考虑；3、熟悉各种光学器件（如WDM、PBS、环行器、光纤延迟线）、EDFA、SOA、AOM、脉冲光纤激光器、飞秒光纤激光器原理；4、熟悉自相关仪、光谱分析仪、光功率计、色散分析仪、光纤熔接机等仪器，具有光学系统搭建和调试实际经验者优先；5、熟练使用Matlab软件进行数据处理和仿真；6、良好的沟通能力，团队工作意识；良好的英文阅读能力。[b]公司介绍：[/b] 青岛青源峰达太赫兹科技有限公司是中国工程物理研究院流体物理研究所和青岛盛瀚色谱技术有限公司控股的高新技术企业，注册资本5000万元。中国工程物理研究院流体物理研究所主要从事核武器初级、高新技术武器、常规武器和军民融合技术研究，现有两院院士2人，副高以上科技人员200多人，国家级奖29项，省部级奖500+项。青岛盛瀚色谱技术有限公司专业从事[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]及其核心部件的研发、生产、销售和技术服务，在离子色...[url=https://www.instrument.com.cn/job/position-86332.html]查看全部[/url][align=center][img=,178,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108160948175602_3528_5026484_3.png!w178x176.jpg[/img][/align][align=center]扫描二维码，关注[b][color=#ff0000]“仪职派”[/color][/b]公众号[/align][align=center][b]即可获取高薪职位[/b][/align]

初学者的请教：从电子捕获检测器的工作原理得知，其输出是倒峰的电流信号，可JJF700—2016《[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]》之第三章 计量性能要求中，表1 电子捕获检测器有注——仪器输出信号使用赫兹（Hz）为单位时，基线噪声=5Hz，基线漂移（30min)=20Hz。 为什么电子捕获检测器输出信号可以相当是频率输出，原理是什么？恳请赐教！

为什么脉冲RF得到的时域信号需要通过付利叶转换成频域信号才能进行分析，刚刚才开始接触NMR，不明白时域与频域的差别，望高人指点。谢谢

[size=16px][color=#ff0000][b][url=https://www.instrument.com.cn/job/position-87079.html]立即投递该职位[/url][/b][/color][/size][b]职位名称：[/b]机械设计工程师-青岛市[b]职位描述/要求：[/b]岗位职责1、按照公司发展需求，完成研发项目和定制化产品所需的光机系统结构开发，及部件或整机的集成装调；2、负责设计开发产品的装调、测试、定型与转产。任职条件1.机械设计及自动化相关专业；2.精通机械设计软件，具备力、热、模态分析与设计的能力；3.具有动态光机系统设计开发经验者优先；4.具有项目开发管理经验者优先；5.硕士及以上学历；6.如无回复，可尝试其他渠道投递。[b]公司介绍：[/b] 青岛青源峰达太赫兹科技有限公司是中国工程物理研究院流体物理研究所和青岛盛瀚色谱技术有限公司控股的高新技术企业，注册资本5000万元。中国工程物理研究院流体物理研究所主要从事核武器初级、高新技术武器、常规武器和军民融合技术研究，现有两院院士2人，副高以上科技人员200多人，国家级奖29项，省部级奖500+项。青岛盛瀚色谱技术有限公司专业从事[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]及其核心部件的研发、生产、销售和技术服务，在离子色...[url=https://www.instrument.com.cn/job/position-87079.html]查看全部[/url][align=center][img=,178,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108160948175602_3528_5026484_3.png!w178x176.jpg[/img][/align][align=center]扫描二维码，关注[b][color=#ff0000]“仪职派”[/color][/b]公众号[/align][align=center][b]即可获取高薪职位[/b][/align]

Quantitative analysis of ammonia by THz time-domain spectroscopy in Proc. of SPIE Vol. 5268 中氨有一个峰在0.572 THz（实验）, 我 用GAMESS 6-311++G(2d,2p) mp2， CCSD(T), B3LYP 分别优化并进行了频率分析。 哪位会解释实验数据？

[size=16px][color=#ff0000][b][url=https://www.instrument.com.cn/job/position-87078.html]立即投递该职位[/url][/b][/color][/size][b]职位名称：[/b]电路设计工程师-青岛市[b]职位描述/要求：[/b]岗位职责1.参与整机设计方案调研、原理设计、PCB设计、调试、测试、产品化等全面工作；2.参与设计开发过程中技术文档的编写；3.参与电子学研发室其他电子学日常工作；任职条件1、电子、通信、自动化等相关专业；2、熟练进行原理图、PCB设计、调试和测试工作等相关工作；3、熟练使用示波器等相关仪器的使用；4、精通模拟电路者优先；5、工作经历三年以上；6、硕士及以上学历；7、如无回复，请尝试其他渠道投递。[b]公司介绍：[/b] 青岛青源峰达太赫兹科技有限公司是中国工程物理研究院流体物理研究所和青岛盛瀚色谱技术有限公司控股的高新技术企业，注册资本5000万元。中国工程物理研究院流体物理研究所主要从事核武器初级、高新技术武器、常规武器和军民融合技术研究，现有两院院士2人，副高以上科技人员200多人，国家级奖29项，省部级奖500+项。青岛盛瀚色谱技术有限公司专业从事[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]及其核心部件的研发、生产、销售和技术服务，在离子色...[url=https://www.instrument.com.cn/job/position-87078.html]查看全部[/url][align=center][img=,178,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108160948175602_3528_5026484_3.png!w178x176.jpg[/img][/align][align=center]扫描二维码，关注[b][color=#ff0000]“仪职派”[/color][/b]公众号[/align][align=center][b]即可获取高薪职位[/b][/align]

科技日报 2012年03月30日 星期五 本报讯 据物理学家组织网3月28日报道，美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员通过将高、低频率的激光束瞄准半导体，引发电子从核心脱离并加速，再回来碰撞核心，由此产生多种频率光。相关研究结果刊登在最新一期《自然》杂志上。 当高频率的激光束击中半导体材料如砷化镓纳米结构时，会创建一对被称为激子的电子—空(穴)复合体，即当电子从外界获得能量时，会跳到较高的能级，但并不稳定，很快又会将获得的能量释放从而回到原来的能级；但如果电子获得的能量够高，就可摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子空出来的位置则称为空穴，自由电子可能会因为摩擦或碰撞等因素损失能量，最后受到空穴的吸引而复合。 论文合著者、该校物理系教授及太赫兹科学与技术研究所主任马克·舍温说：“高频激光产生电子—空穴对，很强的低频自由电子激光束将电子从穴口分离并加速，这时由于电子加速有多余能量，它会猛烈碰撞空穴，重组电子—空穴对，并放射出新频率光子。在相当常规的路径下混合激光束碰撞后会得到一或两个新的频率，而我们在实验中看到所有这些不同的新频率最多能达到11个，这个现象着实令人兴奋。” 舍温说，由于每个频率的光对应不同的颜色，他们之所以能获得这样的突破是依靠了一种特别的工具——自由电子激光器，其最大特点是可以探测出物质的基本性质，将其置于混合光束之前即可测量出不同光的颜色，由此发现多种频率的光。 论文第一作者、该校物理系博士生本·扎克斯解释说：“这就像有线电视网络，其电缆是一束光纤，而你沿着这条线发送约1.5微米波长的光束，但在这束光里有如同细梳齿的缝隙一样分离出的许多频率。信息会以一种频率来移动。而采用这种技术就能是增加很多可以传输信息的频率，而且彼此相隔不会太远。” 该研究团队建立了一种产生电子—空穴再碰撞的机器，其在现实中恐怕还没有实际性的应用。然而，从理论上讲，一个晶体管可以用于自由电子激光产生强烈的太赫兹场，还可以调节临近的红外线光束。数据表明，该仪器调制的近红外激光是太赫兹频率的两倍，当增加光调制的速度，将会更快传输接收自电缆的信息。 研究人员介绍说，将电子—空穴再碰撞现象应用于现实世界中具有潜在显著提高光缆数据传输和通信速度的能力。最有可能的应用是多路复用技术即多渠道发送数据；另一个则可对光进行高速调制。（华凌）

[size=16px][color=#ff0000][b][url=https://www.instrument.com.cn/job/position-86333.html]立即投递该职位[/url][/b][/color][/size][b]职位名称：[/b]科研仪器销售工程师-青岛市[b]职位描述/要求：[/b]岗位职责：1、针对市场需求和市场策略，推广公司的整体技术解决方案和相关技术；2、负责了解所辖区域/行业的市场情况、经济环境、竞争对手、当地客户的情况，形成分析报告，为销售策略的制定提供依据。3、负责所辖区域的产品销售策划以及具体的销售工作。4、负责协调各方完成技术协议和商务合同的谈判、签订工作。5、负责开发新客户，扩大产品销售范围。开发新的产品应用行业及市场需求探索。任职条件1.本科及以上学历，专业不限；2.一年以上科研仪器销售工作经验，有光学仪器或相关行业产品销售经验最优；3.具备新市场、新行业开拓能力，尤其具有高校招投标项目经验为佳；4.优秀的沟通协调能力及执行能力。[b]公司介绍：[/b] 青岛青源峰达太赫兹科技有限公司是中国工程物理研究院流体物理研究所和青岛盛瀚色谱技术有限公司控股的高新技术企业，注册资本5000万元。中国工程物理研究院流体物理研究所主要从事核武器初级、高新技术武器、常规武器和军民融合技术研究，现有两院院士2人，副高以上科技人员200多人，国家级奖29项，省部级奖500+项。青岛盛瀚色谱技术有限公司专业从事[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]及其核心部件的研发、生产、销售和技术服务，在离子色...[url=https://www.instrument.com.cn/job/position-86333.html]查看全部[/url][align=center][img=,178,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108160948175602_3528_5026484_3.png!w178x176.jpg[/img][/align][align=center]扫描二维码，关注[b][color=#ff0000]“仪职派”[/color][/b]公众号[/align][align=center][b]即可获取高薪职位[/b][/align]

[color=#d6006d][size=3]最近几大公司（THERMO FISHER 、AGILENT、PerkinElmer）纷纷行动，收购、资源整合等等层出不穷。真的是十年河东十年河西，我们只有感叹世界变化的真的太快！下一个，谁将杀出重围？！面对着国外大公司的资源整合，不免有点担心国产仪器的发展，在竞争日益激烈的环境中，国产仪器能经受得住考验么？能杀出几个程咬金么？期待，期待…[/size][/color]==============================================[b]收购新闻：[/b]北京时间2月27日凌晨消息，专注于人类健康和环境健康的全球领先公司珀金埃尔默公司(PerkinElmer)(PKI)宣布，将向丹纳赫公司(DHR)收购其与MDS Inc(MDZ)的一家合资企业剩余50%的股份。　　此项交易的具体条款未予透露。　　此前，作为收购MDS Inc(MDZ)的分析技术业务的交易的一部分，丹纳赫获得了该合资公司的股份。　　该合资公司生产电感耦合等离子质谱仪，这种仪器能够提供对化学品的“高敏感同步探测”，并可被用于环境、半导体与地球化学市场，以及其它应用领域。[b]相关新闻：[/b]2009年9月3日，仪器设备制造商丹纳赫公司(Danaher)(DHR)与MDS Inc(MDZ)达成协议，以11亿美元收购其分析技术部门(Analytical Technologies)。此次收购涉及MDS与Life Technologies合资的生命科学仪器公司AB Sciex的全部控股权和Life Technologies的Molecular Devices Corp的全部控股权，以及MDS与珀金埃尔默公司(PerkinElmer)(PKI)的合资公司50%的股权，后者主要生产电感耦合等离子质谱仪。 【[url=http://www.instrument.com.cn/news/20090903/034085.shtml][color=#f73809]详细[/color][/url]】　　据2009年12月14日的新闻，PerkinElmer向加拿大安大略省法院提起诉讼，意阻止MDS Inc(MDZ)出售其与PerkinElmer合资公司的50%的股权与丹纳赫公司。据MDS公司透露，珀金埃尔默正在寻求可能的可替代的补救办法，其中包括：法院的指示执行MDS与珀金埃尔默合资协议的关键条款 MDS的与丹纳赫就分析技术业务达成交易的禁令，MDS仍保有的合资企业的权利 或临时和永久的禁令防止MDS分析技术业务出售给丹纳赫交易的完成。MDS相关人员说，该公司仍然认为，将在2010年第一季度完成其与丹纳赫公司的交易。【[url=http://www.instrument.com.cn/news/20100228/039257.shtml][color=#f73809]详细[/color][/url]】

[size=16px][color=#ff0000][b][url=https://www.instrument.com.cn/job/position-86334.html]立即投递该职位[/url][/b][/color][/size][b]职位名称：[/b]上位机开发工程师C#-青岛市[b]职位描述/要求：[/b]工作内容1.负责上位机系统的产品研发2.负责上位机与下位机接口开发及测试3.负责功能部件研发任职条件1.本科及以上学历，3年以上windows平台c#开发经验；2.熟悉多线程、网络通信、动态库、串口通信等；3.熟悉派森，有开源项目经验优先；4.有matlab 使用及算法经验。[b]公司介绍：[/b] 青岛青源峰达太赫兹科技有限公司是中国工程物理研究院流体物理研究所和青岛盛瀚色谱技术有限公司控股的高新技术企业，注册资本5000万元。中国工程物理研究院流体物理研究所主要从事核武器初级、高新技术武器、常规武器和军民融合技术研究，现有两院院士2人，副高以上科技人员200多人，国家级奖29项，省部级奖500+项。青岛盛瀚色谱技术有限公司专业从事[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]及其核心部件的研发、生产、销售和技术服务，在离子色...[url=https://www.instrument.com.cn/job/position-86334.html]查看全部[/url][align=center][img=,178,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108160948175602_3528_5026484_3.png!w178x176.jpg[/img][/align][align=center]扫描二维码，关注[b][color=#ff0000]“仪职派”[/color][/b]公众号[/align][align=center][b]即可获取高薪职位[/b][/align]

中国科技网讯 据物理学家组织网7月11日（北京时间）报道，美国科学家首次研制出一种人造分子，可用一束光改变其手性，这种分子可应用于包括生物医学研究、国土安全和超高速通讯在内的太赫兹技术领域，相关研究发表在《自然·通讯》杂志上。 手性分子是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子。该类分子具有迥然不同的左手或右手倾向，能用太赫兹电磁射线观察、甚至改变分子的手性是科学家们孜孜以求的目标。 该研究的领导者、劳伦斯伯克利国家实验室材料科学分部的张翔（音译）表示：“我们能改变天然材料的手性，但改变过程缓慢同时也会改变材料的结构，而我们新制造出的人造分子的手性却能以光速进行切换。” 张翔团队用由纳米大小的金条经过加工制成的太赫兹“超材料”，制造出了一种精巧的人造手性分子，接着将其同具有光活性的硅媒介结合，再使用一束外部光对该“超分子”进行光致激发，结果观察到了以圆偏振发射太赫兹光的形式表现出来的手性变化。而且，这种光致激发也使科学家们能对这种手性切换和太赫兹光的圆偏振进行动态控制。张翔表示：“以前使用光电刺激只能打开或关闭‘超材料’的手性，但现在，我们能用光开关改变这种太赫兹‘超分子’的手性。” 张翔解释道，新的“超分子”包含有一对手性相反的三维超原子。他们在每个超原子内的不同地方放置了一块硅板。最终，硅板破坏了镜像对称并让超分子具有了手性。硅板也承担了能在光致激发下改变超分子手性的光电开关的功能。他表示：“我们的系统依赖于两个手性不同的超原子的‘联姻’，在特定频率范围内，其中一个超原子起作用，而另外一个不具有活性。如果设计合理，这两个超原子会对同样的外部刺激做出相反的反应，不活跃的超原子会开始起作用，而起作用的超原子则会失去活性，这就使超分子的手性发生了变化。” 太赫兹电磁射线也称为T射线，位于分子振动的频率范围内，这使其成为理想的非侵入式工具，可用来分析有机物和无机物的化学组成，改变超分子的手性并控制太赫兹光的圆偏振可被用于探测有毒易爆的化学品，或用于无线通讯以及高速数据处理系统中。因为包括DNA、RNA和蛋白质在内的大多数生物分子都具有手性，新研究也能让医学研究者和制药人士受益。 另一名研究人员安托瓦妮特·泰勒表示，他们的光切换手性太赫兹超分子的设计原理并不局限于改变手性，也可用来动态地改变其他电磁属性。（记者 刘霞） 总编辑圈点 手性真是一种奇妙的东西！人们使用的药物绝大多数具有手性，被称为手性药物。手性药物的“镜像”称为它的对映体，两者之间在药力、毒性等方面往往存在差别，有的甚至作用相反。在自然界的各个方面，都广泛地存在着许多对称的概念：带负电的电子与带正电的反电子，磁场的南极和北极，以及化学中的分解和合成反应。对手性的研究，在造就工业奇迹的同时，也启发了我们对地球生命，甚至宇宙起源的重新认识。 《科技日报》（2012-07-12 一版）

基于化学计量学的现代光谱技术在煤质工业分析中的进展 褚小立 刘宇 许育鹏 陈瀑 李敬岩 刘丹（中石化石油化工科学研究院有限公司，北京 100083） 摘要：煤炭作为一种关键的化石燃料，在全球能源结构中占据着不可替代的地位。随着全球能源需求的增长以及对环境问题的日益关注，煤炭品质的高效、精准、快速检测分析技术成为煤炭工业可持续发展的关键。本文系统综述了过去10-15年煤炭工业分析中，结合化学计量学方法的中红外光谱、近红外光谱、太赫兹谱、X射线荧光光谱、激光诱导击穿光谱、多光谱融合等技术在煤的识别、品质分析以及实时在线监测中的研究和应用现状，重点讨论了LIBS的仪器与实验方法、建模方法与策略、以及在煤炭工业在线分析中的应用现状。同时，还分析了当前面临的挑战，如基体效应和信号稳定性，并探索了通过改进仪器硬件、优化实验条件、以及采用先进的数据处理技术来提高LIBS性能的潜在途径。本文还对现代光谱技术在煤炭工业分析中的未来发展趋势和商业化潜力进行了展望，强调了光谱融合技术的重要性以及工程化的应用与实施，为煤炭的高效、清洁利用提供了科学技术支持。 关键词：煤炭；鉴别；光谱；机器学习；激光诱导击穿光谱 1引言 煤炭与石油、天然气一样，都是重要的不可再生的自然资源。其中，煤炭是世界上最丰富的化石燃料，在当今世界发挥着至关重要的作用。煤不仅能发电，而且还是钢铁生产、水泥制造和其他工业活动的基本燃料，在今后几十年里，煤炭预计仍将是一种重要的能源，在全世界的能源消费中占很大比例。因此，在“全球能源短缺”和“碳中和”的双重要求下，高效选煤、提高煤的燃烧效率，减少污染技术显得尤为重要。 煤炭是一种由多种有机物和少量无机物组成的混合物。煤中有机质元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等元素。煤是由复杂大分子组成的，这些分子由多个相似单元构成，单元核心是不同缩合程度的芳环以及一些脂肪环和杂环，并通过氧桥或次甲基桥连接，环上侧链包含烷基、羟基、羧基和甲氧基等。煤中无机质元素主要是硅、铝、铁、钙、镁等，多以蒙脱石、依利石、高岭石等黏土矿物形式存在，还有黄铁矿、方解石、白云石、石英石等。 如何实现煤炭转化过程中的高效率和低排放是煤基能源材料发展所面临的一个主要问题。通过煤的分析表征，可以深入了解煤的组成、结构和性质，从而有助于提高煤炭转化效率减少污染排放，并可为煤炭转化利用开辟新途径。煤的分析表征主要包括煤的分子结构表征和煤质的工业分析两部分。煤的分子结构分析主要研究煤中芳香结构为主的环状化合物以及以链状结构为主的化合物，常用的光谱研究方法包括：X射线衍射（XRD）、Ｘ射线光电子能谱（XPS）、红外光谱（IR）、拉曼光谱（Raman）、核磁共振谱（NMR）、紫外－可见吸收光谱（UV-Vis）等。 煤质的工业分析，主要包括煤的水分、灰分、挥发分、热值，以及硫等元素含量，煤的品质对煤的高效利用和污染排放有显著影响，例如，灰分含量可能导致结渣，挥发物和固定碳可能影响电厂的经济效益。传统的煤质工业分析一般采用离线分析，从采样、制样到检验结果的报出一般需要几个小时甚至更长的时间，其分析程序十分繁琐且耗时长，无法满足工业现场快速分析的需求。先前，一些检测方法如X射线、微波和快速γ中子活化等分析技术已应用于煤炭工业的在线检测。但这些技术在使用过程仍然存在很多问题，如仪器和运行维护比较昂贵，使用过程中会产生辐射污染等。此外，X射线和伽马射线仅对表征煤中的灰分信息有利，对表征挥发性物质和其他成分信息较弱。微波技术虽然安全，但通常只用于水分检测。因此，发展一种价格低廉、快速、多指标、高精度、无辐射污染的煤质工业分析技术具有重要的市场需求和价值。 https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410111448464014_7413_1606679_3.png!w690x374.jpg 图[font='Times New Roman',serif]1 光谱技术在煤分析发展过程中的关键技术时间节点 近二十年来，随着人工智能的快速发展，尤其是机器学习算法在分析技术中的应用，使得光谱技术（包括IR、NIR、XRF、THZ、LIBS等）经历着实验室化、便携式、机器人化、远程化和在线监测等阶段的演变（如图1所示），因其具有非破坏性、检测速度快、可多物性参数同时分析、且成本低廉等独特的优势，在石化、化工、钢铁和食品等流程工业得到了广泛的应用。近些年，与煤炭相关的工业尤其是电力行业对煤炭定价、配煤、燃烧优化等实时在线分析技术需求巨大，结合机器学习的光谱分析技术受到越来越多的关注和重视，有望成为煤炭工业快速和在线分析的主要手段。 本文主要介绍了用于煤炭工业分析的光谱原理和相关的机器学习算法，以及它们在煤炭快速和在线分析方面的研究现状和潜在应用前景，最后对该技术的未来发展趋势进行了展望。 2光谱分析技术 光谱技术在煤炭分析中的应用正日益广泛，涵盖了从元素分析到分子结构探究等多个方面（煤的光谱特征如图2所示）。 https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410111449027660_5040_1606679_3.png!w615x562.jpg A 煤样的 FTIR 光谱；B煤的典型 XRF 能谱；C 煤岩样品的THz时域光谱；D煤的典型 NIRS 光谱；E煤样的典型 LIBS 光谱 图2煤的光谱特征示意图 2.1中红外光谱 中红外光谱分析技术是一种基于物质分子振动和转动的原理进行分析的方法，广泛应用于煤的结构分析。由于煤中的大部分有机成分在中红外区（400~4000 cm-1）具有特异性吸收，故中红外光谱可对煤的分子结构（主要是官能团）进行分析（煤分子的特征谱带归属如表1所示），以掌握煤在转化过程中的性质变化，从而预测原始煤样和最终产品的特性及潜在应用。随着技术的进步，不同的采样技术如透射、漫反射、衰减全反射(ATR)和光声光谱(PAS)等被用于提高煤炭分析的准确性和重复性。此外，深度学习技术如CNN等也被引入到煤炭的中红外分析中，进一步增强了从光谱数据中提取有用特征的能力。 表1 煤的中红外光谱特征吸收谱带的归属 谱带区域 (cm-1[/sup]) 吸收峰 (cm-1) 官能团 归属 峰位 变化范围 3600–3050羟基的伸缩振动 3550 3550–3500 -OH 游离羟基 3400 3450–3350 -OH 氢键 3300 3300–3250 -OH 酚羟基 3150 3150–3050 -OH 醇羟基 3030 3060–3030 -CHX芳香族CHX的伸缩振动 3000–2800 芳香族CHX伸缩振动 2950 2980–2950 -CH3 非对称甲基 2925 2935–2925 -CH2 非对称亚甲基 2900 2910–2900 -CH 甲烷 2870 2880–2860 -CH3 对称甲基 2850 2860–2850 -CH2 对称亚甲基 2000–1500 双键的伸缩振动 16901715–1690 -COOH 羧基 1650 1690–1650 C=O 羰基 1600 1635–1595 C=C 芳香族双碳键 1490 1560–1460 C=C 芳香族双碳键 1460 1460–1435 -CH3 反对称甲基的变形振动 1450 1450–1440 -CH2 亚甲基的剪切振动 1375 1380–1370 [font='Times New Roman',serif]-CH3 甲基的对称变形振动 1300–1100 C-O 酚、醚、醇、酯中 C-O的伸缩振动 900–700芳香族CHX 的平面外变形振动 860 870–840 -CHX 一个相邻的芳香族 CHX 基团 815 830–815 -CHX 两个/三个相邻的芳香族CHX基团 750 760–750 -CHX 四个相邻的芳香族CHX[font=宋体]基团 540 550–530 -S-S- 二硫键 475 480–470 -SH 有机硫的-SH 2.2近红外光谱 近红外光（NIR）是介于可见光（VIS）和中红外光（MIR）之间的电磁波，波长在780nm~2500nm范围内，主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，反映含氢基团的倍频和合频吸收。近红外光谱具有很强的穿透能力，能够提供煤的化学和物理信息，如煤化程度和炭化程度。结合机器学习算法，NIR光谱可以用于预测煤的关键性质，例如水分、灰分、挥发分、固定碳和热值等。如多元线性回归（MLR）、随机森林（RF）和极端梯度增强（XGBoost）等方法被用于煤炭的总热值（GCV）预测，显示出比传统近似值更高的精度。近些年，随着深度学习算法的发展，进一步提高了近红外光谱预测煤主要性质的的准确性和稳健性。如CNN和ELM的结合，为近红外光谱的煤炭工业分析提供了更为精确的预测模型。这些进展表明，近红外光谱技术结合先进的数据处理技术，为煤炭的高效、准确分析提供了强大的工具，有望在煤炭工业中得到广泛应用。 2.3太赫兹谱 太赫兹（THz）辐射，也称为亚毫米辐射或太赫兹波，是指频率范围为0.1～10 THz的电磁波，对应波长范围为0.03～3 mm，典型中心频率为1THZ。太赫兹波段的电磁波能够穿透许多非金属和非极性物质，如塑料、纸张、纺织品以及某些生物组织等。太赫兹谱分析技术具有非破坏性、高分辨率和广泛适用性等优点，但同时也存在信号弱、仪器复杂和信息解释困难等缺点。随着技术的发展和应用的推广，太赫兹谱分析技术在材料科学、生物医学、安全检测等领域有着广阔的应用前景。近年来，对太赫兹技术在煤炭工业中的应用研究越来越多，它通过分析煤炭和岩石对太赫兹波的不同响应来实现煤岩界面的识别，并且太赫兹时域光谱（THz-TDS）可以对煤层厚度进行精确表征，有助于提高煤炭的开采效率。 2.4X射线荧光光谱 X射线荧光光谱（XRF）是基于材料在受到初级高能[font='Times New Roman',serif] X 射线（0.01-10 nm）轰击后发射特征次级 X 射线光子，每种元素都会产生独特的发射线，其强度与样品中元素的浓度成正比。XRF是研究各种物体的元素成分的最通用的分析方法之一，它可以直接分析样品，从而避免繁琐费力的样品预处理步骤，具有明显的优势。XRF因其测量速度快、稳定性好而广泛应用于煤炭分析，适合煤中无机成分的定量分析并表现出良好的重复性。由于仪器限制和轻元素 X 射线产率低，XRF只能检测原子序数高于11的元素，无法分析与热值正相关的C、H等轻有机元素。近年来，LIBS或NIR和XRF技术的结合，形成了一种新型的双谱联用煤质分析方法，能够全面快速地测量煤炭的热值、挥发分、灰分和硫分等关键工业指标，为煤炭工业的质量控制和交易检测提供了强有力的技术支持。 2.5激光诱导击穿光谱 激光诱导击穿光谱（LIBS）通过将高能激光脉冲精确聚焦到样品表面，烧蚀微量样品并产生等离子体，通过等离子体的强度和波长绘制出光谱，其光谱数据与多种化学计量学算法相结合，可实现对样品的定性和定量分析。LIBS可以提供低原子序数元素的高灵敏度辨别（与XRF不同）、能够以优异的灵敏度和选择性检测所有元素，以及安全操作（与 PGNAA 相比，无需任何放射源），被认为是煤炭质量分析的有效分析工具。 尽管LIBS技术在煤质分析中具有潜力，但由于煤结构的复杂性，LIBS煤质分析也面临一些挑战，如常量元素自吸收效应、微量元素灵敏度低和测量重复性差。自吸收效应是由于光在传输路径中与相同原子或分子的跃迁相互作用而产生的，这会影响等离子体的形态和LIBS信号的稳定性。为了提高LIBS在煤炭分析中的灵敏度，研究人员采用了多种增强策略，包括单光束分裂LIBS技术（SBS-LIBS）、双脉冲激光诱导击穿方法（DP-LIBS）以及飞秒激光诱导击穿光谱（Fs-LIBS），为煤炭分析带来了新的视角。机器学习算法在煤炭的LIBS分析中的应用正日益成熟，涵盖了校正样本选择、光谱预处理、特征选择、免校准方法、定量校正方法、多元主导因子方法、分类建模策略以及深度学习等多个方面。 在线LIBS系统可将激光脉冲直接作用在传送带上移动的煤块上，实现煤质的原位实时分析。然而，由于煤炭固有的非均质性以及LIBS测量时烧蚀量较小，无法保证采样的代表性。此外，激光到样品距离变化引起的样品表面不稳定烧蚀会大大增加物理基体效应。为了提高采样代表性，最近的LIBS系统采用煤颗粒流来提高采样代表性，或采用在线样品制备装置提高分析结果的准确性。 2.6高光谱成像 高光谱成像技术是一种将成像技术与光谱技术相结合的技术，可同时获得样品的图像数据信息以及图像中每个像素点的光谱信息，即高光谱数据三维立方体。高光谱成像的光谱范围通常涵盖了从紫外到中红外的较宽波段，长波近红外区（1100-2500nm）多用于地质勘探、材料分析等领域，特别适用于煤岩识别，能够预测生物质颗粒的特性，如挥发性物质、固定碳和灰分含量。高光谱成像能够通过分析煤岩的光谱反射数据来实现高精度的识别，这些光谱特征有助于分析煤炭的化学组成和结构特征。例如Mondal等研究了来自自印度贾里亚和拉尼甘杰盆地不同地区的78个煤炭样本的高光谱特征，所有煤炭样本在不同波长下都表现出明确的吸收特征，并利用吸收特征确定了煤质参数，获得了令人满意的精度。随着技术的发展，高光谱成像技术在不断进步，便携式和小型化高光谱相机逐渐兴起，数据处理技术的进步也在推动其发展，其在煤的分析领域具有较大的发展潜力和市场机遇。 3机器学习 光谱技术结合机器学习算法，在煤炭分析领域实现了突破性进展。通过优化光谱预处理和特征工程，以及应用深度学习、数据融合等先进技术，研究人员提升了煤炭性质预测的准确性和效率。 3.1光谱预处理和特征工程 3.11光谱预处理 光谱预处理是提高光谱分析精度的关键步骤，涉及多种技术以优化数据质量和模型性能。常用的谱图预处理方法主要包括Savitzky-Golay (S-G)平滑、导数、标准正态变量变换（SNV）、多元散射校正（MSC）、小波变换（WT）、归一化以及自适应迭代加权惩罚最小二乘（airPLS）等。研究表明，SG导数可在不引入额外噪声的情况下提高光谱分辨率和灵敏度，保留信号的关键特征。Park等为提高LIBS法估算煤炭发热量的准确性，通过PLSR模型分析了不同预处理方法对LIBS数据的影响，发现SG导数预处理的模型误差最小。Li等利用LIBS对44种不同发热量的煤样进行定量分析，分析比较了平滑、SNV、MSC、MC、卷积导数（Savitzky?Golay）等不同光谱预处理方法对定量模型的影响，结果表明采用11点平滑结合二阶导数的定量模型综合性能最优，可明显消除元素间影响。 由于煤的化学和物理特性的复杂性，通常需要综合运用多种光谱预处理方法来提高分析的准确度和精密度。Zhang等为有效提高LIBS煤质测定的准确度和精密度，首先对比了通道归一化和全谱区归一化两种不同的归一化方法，并结合PLSR和SVR两种回归算法，初步选定各指标合适的校准方法。然后，进一步研究小波阈值去噪（WTD）去噪对定量分析的影响，结果表明，全谱区归一化结合SVR方法可以获得更好的测定结果，WTD与SVR的结合使用在估计煤的发热量和灰分方面表现出色，从而证实了正确选择预处理方法的重要性。Guan等采用P操作辅助的自适应迭代加权惩罚最小二乘（P-airPLS）、等离子体温度补偿和光谱归一化算法对LIBS的煤炭信号进行双重校正，碳元素的相关系数由非线性提高到0.948以上[/font]。这些研究表明，选择和组合合适的预处理方法，可以有效提升煤炭光谱分析的性能。 3.12 特征工程 在光谱分析中，优化波长变量的选择对于提高定量模型的预测精度至关重要。遗传算法（GA）作为一种全局优化工具，常用于筛选重要的光谱变量。然而，GA可能面临过拟合和局部最优解的问题。WANG等提出了一种新的优化算法——深度协同自适应移动窗口偏最小二乘遗传算法（DSA-MWPLS-GA），DSA-MWPLS-GA能够准确确定相关信息波长变量的位置以及预处理方法的优先级和参数,通过选取波长变量模式，显著提高煤炭近红外定量模型的准确度。 siPLS方法是也优化谱子区间选择的常用方法，Li等利用LIBS检测煤粉颗粒流，对定量模型中GA和siPLS的变量选择方法进行了分析比较，结果表明，采用siPLS选择变量的模型的预测精度进一步提高。在特征提取方面，主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）是常用的两种方法，但面对大规模数据集时可能面临挑战，促使研究者开发了改进方法。Yu等研究了基于NIRS数据的不同多元数据分析方法来识别煤炭的产地，引入PCA、Isomap和LDA来提取特征，提出了一种改进的LDA（iLDA）算法，识别率达[font='Times New Roman',serif]97.21%。Xue等采用红外光谱鉴别煤炭地理来源，利用PCA、聚类分析和OPLS-DA协同作用，有效地区分来自不同地区的煤炭。 3.2模式识别 3.21无监督学习 无监督学习方法可以自动在数据中寻找模式，无需预设标签或人为干预。K-means聚类是最广泛使用的无监督技术，它主要用于将样本划分到不同的簇中，使得同一簇内的样本相似度高，而不同簇之间的样本相似度低。Zheng等用LIBS检测分析来自11个产地的100个煤样，并通过K-means聚类有效的将煤样划分为4个簇，同一簇内煤样光谱和煤质信息相似。无监督学习方法常与有监督学习方法结合，以增强数据分析的效果。Peng等利用LIBS针对煤、污泥和生物质的分类建立了结合K-means和SVM算法的两步分类模型，先对样品进行无监督的K-means聚类，然后对聚类结果进行SVM监督分类。与单一的SVM分类模型相比，两步分类模型在保证准确率的情况下可以节省58.92%的运算时间。 3.22监督学习 监督学习方法通过分析已有的带标签数据，学习如何预测新样本。光谱分析中常用的有监督学习方法包括[font='Times New Roman',serif]KNN、SIMCA、SVM等。其中，SVM作为一种高效的模式识别工具，在煤炭工业分析中扮演了重要角色。在煤炭识别领域，Yang等采用PCA和高斯径向基核主成分分析（GRB-KPCA）提取特征，建立基于SVM的分类模型，有效区分了煤和碳质页岩等其他物质。He等采用双能X射线成像和双视角可见光成像的方法，以SVM为分类模型，可以识别并回收废料中的伪中质煤（Pseudo-mediumcoal），最高识别率可达95%。Wang等将SVM识别应用于煤样近红外光谱[font=宋体]，成功区分不同类别的煤炭样本并建立了不同的PLSR模型，并获得了比全样本集模型更好的预测结果，从而证明了通过SVM分类将煤炭样本匹配到相应模型可以提高预测能力。 3.23半监督学习 在近期的研究中，半监督学习在提高分类和预测模型的准确性方面展现出巨大潜力。特别是在煤质分析领域针对训练样本数量不足的条件下，该技术的应用正成为研究的热点。Thomas讨论了半监督学习在多变量校准中的潜力，通过结合标记和未标记数据，可以减少条件预测偏差，特别是在标记数据量有限且预测特性值远离标记数据中心时，这种优势更为明显。Wang等提出了一种基于对抗神经网络的半监督分类模型（SGAN），用于解决LIBS在煤炭分类中标记数据不足的问题。SGAN模型能够有效利用未标记数据提高分类精度，当标记和未标记样本数量达到一定程度时，模型最高平均分类准确率可达到98.5%。此外，与卷积神经网络（CNN）和随机森林（RF）方法相比，SGAN在未标记样本数量增加时展现出更高的分类性能。Yin等提出了一种集成深度学习方法，通过结合无监督深度学习技术（StackedAuto-Encoder, SAE）和有监督深度学习技术（Bidirectional LongShort-Term Memory, BLSTM），开发了一种半监督软测量建模方法。该方法在选煤过程中对煤炭关键性质的预测中表现出色，尤其是在处理大量未标记数据时，能够显著提高预测精度和效率。半监督学习技术不仅提高了模型对稀有或难以获取标记数据情形下的适应性和鲁棒性，还增强了模型的预测精度，从而降低成本并提高生产效率。这些研究成果为煤炭行业以及其他需要处理大量未标记数据的领域提供了新的解决方案和思路。 3.3 回归分析 在煤炭工业分析中，常用的光谱回归分析方法包括多元线性回归（MLR）、偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量回归（SVR）等。PLSR通过迭代方法找到与因变量具有最大协方差的新的主成分，能够最大程度地解释自变量和因变量之间的关系，是最常用的线性回归方法。Ni等针对LIBS的煤炭分析建立了SVR、BP、RF和PLSR的四种校准模型，结果表明PLSR具有更好的预测稳定性和更快的训练速度。此外，PLSR与其他数据分析方法如LASSO和RF，进一步提升了煤炭分析的精度和可靠性。例如，Lv等利用皮尔逊相关系数（PCC）、互信息（MI）、最小绝对收缩和选择算子（LASSO）和随机森林（RF）识别重要变量，作为PLSR的输入变量，提高了LIBS对煤灰分含量分析的定量性能。 SVR是一种广泛应用的非线性回归技术。为了提高SVR在煤炭工业分析中预测精度，研究人员常将SVR与其他方法结合使用，如Bui等针对煤炭热值的预测开发了PSO-SVR模型，并与其它三种模型（CART、MLR和PCA）进行比较，所提出的具有径向基函数的 PSO-SVR 模型具有更好的准确性。Dong等利用LIBS分析煤样中的碳含量，确定了与MLR模型变量相关的碳原子和分子发射线，提出采用PLSR和SVR对MLR模型的残差误差进行校正，结果表明，SVR校正可以达到更好的测量精度。 3.4深度学习 深度学习因其在识别数据模式、自动挖掘大规模数据集的深层特征和结构方面的优势而备受推崇。众多深度学习架构中，卷积神经网络（CNN）因其出色的应用效果而成为煤炭识别与分析的主流选择。CNN由卷积层、池化层以及全连接层组成，卷积层利用图像中信息的局部相关性来提取特征，池化层通过采样从上层特征图中选择特征，是一类具有卷积计算和深层结构的前馈神经网络。CNN的优势在于权重共享和局部连接，这减少了参数数量，加快了运算速度，并通过其强大的特征提取能力，实现煤炭性质的快速准确识别和分类。Yang等提出一种基于高光谱数据的CNN煤岩识别方法，通过选取最合适的学习率、特征提取层数、dropout率，生成最佳的CNN分类器用于高光谱数据岩识别[font='Times New Roman',serif]。实验表明，该一维卷积神经网络模型的识别准确率达到94.6%，高于BP（57%）、SVM（72%）和DBN（86%）。 随着研究的深入，研究人员开始探索将CNN与其它机器学习算法相结合，以提高预测精度。Xiao等提出了一种结合CNN和ELM的识别模型，称为RS_PSOTELM。该模型首先利用CNN从煤炭的光谱数据中提取关键特征，然后通过ELM对这些特征进行分类，最终在煤炭识别任务中实现了98.3%的高准确率。Song等开发了一个名为SR-TELM的深度学习模型，该模型结合了CNN和TELM。为了增强模型的性能，SR-TELM在CNN中引入了空间注意力机制和残差连接。空间注意力机制使模型能够集中于光谱数据中的关键区域，而残差连接则帮助模型抑制噪声干扰。这些技术的融合使得SR-TELM能够基于热红外光谱数据，快速且准确地分析煤中各组分的含量 此外，随着硬件和软件技术的进步，其它深度学习模型也在不断开发，以适应更大规模的数据集和更复杂的分析任务，并在煤炭分析领域中展现出广阔应用前景和强大的实用价值。例如Zhou等采用Poly、RFR、[/fon