最新光声光谱技术原理鲁晓璐.课件PPT.ppt 56页

'光声光谱技术原理鲁晓璐. 背景及概念光声光谱技术的基本原理光声光谱仪主要内容 §1.背景及概念光声光谱技术是基于光声效应的一种光谱技术。早在1880年，Bell就通过通讯实验发现了光声效应并做了报道，但因理论与技术的限制此后半个多世纪光声效应的应用未能得到发展，直到20世纪70年代，Robin的研究工作表明光声光谱法可用来测定传统光谱法难以测定的光散射强或不透明样品时,光声光谱才开始引起人们的广泛重视。 适用范围由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等对测量干扰很小，故光声光谱适于测量高散射样品、不透光样品、吸收光强与入射光强比值很小的弱吸收样品和低浓度样品等，而且样品无论是晶体、粉末、胶体等均可测量，这是普通光谱做不到的。光声效应与调制频率有关，改变调制频率可获得样品表面不同深度的信息 §2.光声光谱技术的基本原理图1.光声效应的原理图光声光谱技术的物理基础是光声效应，其原理如下图所示：光声效应原理： 这种光能转换成声能的能力，不仅取决于光子特性，而且也体现了被测物质的热学性质（导热性、热扩散率、比热等）及光谱学性质，因此，能够通过对光转换成声的能力大小的探测来确定物质的热学性质和光谱学性质。 光声光谱原理：当物质吸收光收到激发后，返回初始态可通过辐射跃迁或无辐射跃迁。前一过程产生荧光或磷光，后一过程则产生热。因为吸收光强呈周期性变化，容器内压力涨落也呈周期性。当试样是气体或液体时，其本身就是压力介质。由于调制光的频率一般位于声频范围内，所以这种压力涨落就成为声波，从而能被声敏元件所感知。声敏元件所感知的声波信号经同步放大得到的电信号为光声信号。 试样的激发图2.光声光谱技术原理图若将光声信号作为入射光频率的函数记录下来，就可获得光声光谱图 §3.光声光谱仪图3.光声光谱仪基本结构 光源： 调制技术：一般情况下脉冲光源不需要特别调制即可直接使用，但在使用连续谱光源时，则需要对光束进行调制。光调制技术包括振幅调制和频率调制（或波长调制），其中振幅调制较为常用，其调制方法有机械斩波器、声－光调制和电－光调制。虽然振幅调制较为常用，但与之相比频率调制（或波长调制）能够消除由波长引起的如窗材料吸收等带来的背景干扰从而提高探测灵敏度，但该调制模式仅适用于窄线宽的吸收体 光声池：光声池是光声光谱检测装置最为核心的部分，光声池是一个装有传声器、放置被测样品的密闭池。其实质就是“光-热-声”的转换器设计光声池的一般要求：1、良好的声屏蔽，减少外界环境的噪音影响；2、尽量避免激发光与池壁或传感器直接作用，以减少杂散噪声；3、尽可能增强样品的辐射光强或增强池内的声共振，提高信噪比。 声敏元件：检测样品产生的声信号的器件有微音器、压电元件、折射率传感器和温度传感器等。其中微音器和压电元件较为常用。微音器作为光声检测中的能量转换元件,能准确地反映压力的变化。压电元件广泛应用于声波的发送和接收。 信号记录系统包括前置放大器、同步放大器和记录仪等。声敏元件输出的微弱信号需要经前置放大器放大,然后输给同步放大器。同步放大器有两个输入信号,一个是由声敏元件传来并经放大的测量信号;另一个是由斩波器与单色器之间引出的与测量信号同步的参比信号。由光敏二极管或参比光声池将光信号转变为电信号,作为参比信号输入到同步放大器。最后由记录仪记录下不同波长下光声信号的强度,即可获得光声光谱图。信号记录系统： 典型的光声光谱仪：图4.长程光声光谱仪 图5.激光器腔内光声池光声光谱仪与激光器腔内吸收光谱技术一样，激光器腔内光声池光声光谱技术是获得高灵敏检测的另一种措施。腔内除激光放电管以外还有光声池，由反射镜和反射光栅构成激光器的谐振腔。腔内光束既是激光器振荡谱线又是被测样品的激发光束。 图6.皮秒光声光谱仪皮秒闪光光解是现阶段常用的直接观测光解过程中产生的瞬态中间体技术。光源分为泵浦光和探测光，他们都是从同一束激光经分束来的。实验中设将YAG激光的三倍频激光（335nm）用作泵浦光，两倍频激光（530nm）为探测光。探测光相对于泵浦光有一定的时间延时。 近十几年来,随着新光源、声传感技术以及微弱信号检测技术的不断进步,加上光声光谱学理论的逐步完善,光声光谱技术得到迅速发展。现阶段,光声光谱技术已广泛应用于物理学、化学、生物医学和环境保护等众多领域 计算机基础系列课程数据库技术与应用广东金融学院 主要内容第1部分数据库设计第2部分Access数据库基本操作第3部分SQL查询语言第4部分Access应用开发 第1课数据库概述数据库系统开发步骤认识Access系统 第1节数据库系统概论四大支柱：操作系统、网络、计算机语言、数据库。两大热门：网络、数据库。数据库技术所研究的问题就是如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据。 数据库在信息系统中的地位 1.1数据库的基本概念1、数据数据是数据库中存储的基本对象。描述事物的符号记录称为数据，这些符号可以是文字、图形、图像、声音、语言等，数据有多种表现形式，它们都可以经过数字化后存入计算机。2、数据处理数据处理是指对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。 3、数据库数据库是与特定的主题或目的相关的数据的集合。数据库可以直观地理解为存放数据的仓库，只不过这个仓库是在计算机的大容量存储器上。而且数据必须按照一定的格式存放，因为它不仅需要存放，而且还要便于查找。可以认为数据库是被长期存放在计算机内、有组织的、可以表现为多种形式的可共享的数据集合。 数据库的特点数据的结构化数据库中不仅保存了各个数据项本身，而且还描述数据之间的联系。数据的共享性减少数据的冗余度数据的独立性数据的逻辑结构和物理结构 4、数据库管理系统数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）是对数据库进行管理的系统软件，它的职能是有效地组织和存储数据、获取和管理数据，接受和完成用户提出的访问数据的各种请求。5数据库系统数据库系统是指拥有数据库技术支持的计算机系统，它可以实现有组织地、动态地存储大量相关数据，提供数据处理和信息资源共享服务。数据库系统不仅包括数据本身，即实际存储在计算机中的数据，还包括相应的硬件、软件和各类人员。 1.2数据库系统的组成一个数据库系统包括四个主要部分：数据库用户软件硬件1、数据库数据库存储的数据是“集成的”和“共享的”。它是数据库系统的工作对象。 2、软件主要是指负责数据库存取、维护和管理的软件系统，通常叫做数据库管理系统（DataBaseManagementSystem）（DBMS）数据库系统的各类用户对数据库的各种操作请求，都是由DBMS完成的数据库系统的核心软件3、硬件是指存储数据库和运行数据库管理系统(操作系统)的硬件资源足够大的内存足够大的外存足够大的通道能力 4、用户主要由三类用户1.最终用户(EndUser)是指从计算机联机终端存取数据库的人员2.应用程序员(ApplicationProgrammer)是指负责设计和编制应用程序的人员3.数据库管理员(DateBaseAdministrator)DBA。主要职责：决定数据库的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据库的安全性和完整性约束条件监督和控制数据库的使用和运行数据库系统的改进、重构 1.3数据描述信息的循环对用户来说，数据库是模拟现实世界中某些企业活动的信息集合。数据库中所存储的数据，来源于现实世界的信息流，都是用来描述现实世界中一些事物的某些方面的特征及其相互联系的。在信息系统中，信息从客观事物出发，流经数据库，通过控制决策机构，最后又回到客观事物。信息的这一循环经历了三个领域：现实世界、信息世界、计算机世界。 现实世界是指存在于人脑之外的客观世界，泛指客观存在的事物及其相互间的联系。一个实际存在并且可以识别的事物称为个体。个体可以是一个具体的事物，如一个学生、一台计算机等。每个个体都有自己的特征，用以区别其他个体。客观事物是信息的源泉，是设计数据库的出发点。 信息世界现实世界中的事物反映到人们的头脑里，经过认识、选择、命名、分类等综合分析而形成了印象和概念，产生认识，这就是信息，即进入信息世界。在信息世界中，对每一个被认识了的个体称为实体，这是具体事物（个体）在人们头脑中产生的概念，是信息世界的基本单位。另外，个体的特征在头脑形成的知识称为属性。所以属性是事物某一方面的特征，即属性是反映实体的某一特征的。换句话说，一个实体是由它所有的属性表示的。 计算机世界信息世界中的有些信息，可以直接用数字表示；有些是由符号、文字或其它形式表示的。在计算机中，所有信息只能用二进制表示，一切信息进入计算机时，必须是数据化的。可以说，数据是信息的具体表现形式。基本术语数据项：是实体属性的数据表示。记录：是实体的数据表示。文件：是同类记录的集合，例如所有职工的登记表组成一个文件。数据模型：现实世界中，个体与个体之间总是存在着某些联系。反映到信息世界中，是实体与实体之间的联系，由此构成实体模型。反映到计算机世界中，是记录与记录之间的联系。实体模型在该领域的数据化表示，就是数据模型。 三个世界间的关系表示同一信息的所有属性的数据组合，称为记录。记录作为一个数据单位处于数据世界中。因此，现实世界、信息世界和数据世界之间就建立了一种关系。事物性质实体属性记录数据项现实世界信息世界数据世界 第2节数据库设计步骤数据库设计分为以下六个步骤：（1）需求分析阶段（2）概念设计阶段（3）逻辑设计阶段（4）数据库物理设计阶段（5）应用程序编码、调试、试运行阶段（6）数据库的运行维护阶段 主要任务通过详细调查客观世界要处理的对象（包括组织、部门、企业等），了解该对象所处系统的概括、各组成部分的工作流程，明确用户提出的各种需求，然后在此基础上确定新系统的框架和功能。重点调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。输出多数系统分析的主要结果是数据流图等信息。2.1系统需求分析 什么是概念结构设计需求分析阶段描述的用户应用需求是现实世界的具体需求将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定。概念结构设计是整个数据库设计的关键2.2概念设计 概念结构设计的特点（1）能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物之间的联系，能满足用户对数据的处理要求。是对现实世界的一个真实模型。（2）易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机的用户交换意见，用户的积极参与是数据库的设计成功的关键。（3）易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修改和扩充。 2.3逻辑结构设计概念模型向数据模型的转换应用规范化理论优化逻辑模型设计用户子模式 数据库物理设计阶段的任务是根据具体的计算机系统(DBMS和硬件等)的特点，为给定的数据库模型确定合理的存储结构和存取方法。合理的两个含义要使设计出的物理数据库占用较少的存储空间对数据库的操作具有尽可能高的速度2.4物理设计 2.5数据库的实施应用程序编码、调试、试运行阶段2.6数据库的运行维护阶段 第3节认识AccessAccess是美国Microsoft公司推出的关系型数据库管理系统(RDBMS)，它作为Office的一部分，具有与Word、Excel和PowerPoint等相同的操作界面和使用环境，深受广大用户的喜爱。本章主要介绍Access数据库的工作界面，数据库对象及它们之间的关系，Access数据库中使用的数据类型以及表达式和函数。 3.1Access2003的工作界面Access2003是MicrosoftOffice2003的一部分，Office2003展现了一个开放式的、充满活力的新外观，Access系统界面主要由菜单栏、工具栏和窗口组成，如下图所示。 3.2Access2003数据库的对象表对象查询对象窗体对象报表对象数据访问页对象宏对象模块对象 表对象表是数据库中用来存储数据的对象，是整个数据库系统的基础。Access允许一个数据库中包含多个表，用户可以在不同的表中存储不同类型的数据。通过在表之间建立关系，可以将不同表中的数据联系起来，以便供用户使用。在表中，数据以行和列的形式保存，类似于通常使用的Excel电子表格。表中的列称为字段，字段是Access信息的最基本载体，说明了一条信息在某一方面的属性。表中的行称为记录，记录由一个或多个字段组成。一条记录就是一个完整的信息 查询对象查询是用来操作数据库中的记录对象，利用它可以按照一定的条件或准则从一个或多个表中筛选出需要操作的字段，并可以将它们集中起来，形成所谓的动态数据集用户可以浏览、查询、打印，甚至修改这个动态数据集中的数据，Access会自动将所做的任何修改反映到对应的表中执行某个查询后，用户可以对查询的结构进行编辑或分析，并可以将查询结果作为其他对象的数据源。查询到的数据记录集合称为查询的结果集，结果集以二维表的形式显示出来，但他们不是基本表。 窗体对象窗体是Access数据库对象中最具灵活的一个对象，其数据源可以是表或查询在窗体中可以显示数据表中的数据，可以将数据库中的表链接到窗体中，利用窗体作为输入记录的界面，利用窗体，能够从表中查询、提取所需的数据，并将其显示出来。通过在窗体中插入宏，用户可以把Access的各个对象很方便的联系起来窗体的类型大致可以分为提示型、控制型和数据型3类。 报表对象利用报表可以将数据库中需要的数据提取出来进行分析、整理和计算，并将数据以格式化的方式发送到打印机。用户可以在一个表或查询的基础上来创建一个报表，也可以在多个表或查询的基础上来创建报表利用报表不仅可以创建计算字段，而且还可以对记录进行分组以便计算出各组数据的汇总等。在报表中，可以控制显示的字段、每个对象的大小和显示方式，还可以按照所需的方式来显示相应的内容。 数据访问页对象从Access2000开始，Access就具备一种称为数据访问页的对象，以此支持数据库应用系统的Web访问方式在数据库应用系统中设计数据访问页是为了使用户能够察看和操作来自Internet或Intranet的数据，而这些数据是保存在Access数据库中的在MicrosoftAccess数据库中，可以设计多种不同类型的数据访问页。可以在Access页设计视图中进行数据访问页的设计操作，所形成的数据访问页是一个独立的文件，保存在MicrosoftAccess数据库文件以外，但其中的数据却链接在Access数据库文件中 宏对象Access的宏对象是Access数据库对象中的一个基本对象。宏的意思是指一个或多个操作的集合，其中每个操作实现特定的功能宏可以使某些普通的、需要多个指令连续执行的任务能够通过一条指令自动地完成，而这条指令就称为宏。例如，可设置某个宏，在用户单击某个命令按钮时运行该宏，以打印某个报表。 模块对象Access的VBA（VisualBasicforApplications）模块对象是Access数据库对象中的一个基本对象，模块是将VBA的声明和过程作为一个单元进行保存的集合，也就是程序的集合设置模块对象的过程也就是使用VBA编写程序的过程。尽管Access是面向对象的数据库管理系统，但其在针对对象进行的程序设计过程中，结构化程序设计的模块化方法得到了完整的继承，即模块中的每一个过程都应该是一个函数过程或者是一个子程序过程。 结束啦！'