加速度基线校正问题探讨

加速度时程积分中的基线校正问题探讨

1引言

目前，地震反应分析中所采用的地震波源于真实地震动的数据采集和地震动的人工合成。地震动采集的数据大都以加速度时程的形式给出，而速度和位移时程通常由加速度积分得到。但强震仪记录的不仅是地震时纯粹的地面运动信息，还包含复杂的噪音，其中的低频噪音会导致加速度时程出现基线漂移[1]。基线漂移对加速度时程本身的影响很小（一般不超过峰值加速度的2%）,但通过积分求速度、位移时程时，基线的漂移被逐步放大，从而对速度、位移时程产生很大的影响[2]。因此，在使用加速度记录时，一般需要对其进行基线校正。

2加速度基线漂移的原因及其影响

对于数字强震仪而言，导致加速度基线漂移的原因主要有传感器的磁滞现象、传感器的背景噪声以及传感器的倾斜等[3]。

传感器的磁滞效应主要源于传感器的物质疲劳。Iwan等人通过对美国凯尼公司生产的PDR-1和FBA-13型强震仪的性能研究发现，当加速度超过一定界限时，相应记录的基线会发生跳跃现象。尽管这种现象对加速度本身影响很小，但通过积分放大，会对速度时程和位移时程产生较大影响。Iwan等人认为，这种现象可能是由于传感器系统机械或电路的微小磁滞作用引起的。对于PDR-1和FBA-13型强震仪，这种磁滞效应在加速度≥50gal时开始出现。

背景噪音与记录场地条件密切相关，主要特征是频率丰富的随机波形。背景噪音导致加速度记录的初始值不为零，从而对加速度基线产生影响。

传感器的倾斜主要发生在近场区强震观测台。在地震中，近场区域可能伴随强烈的地表变形（地表破裂、垂直抬升、水平位移等），从而导致传感器发生倾斜。传感器的倾斜可能导致加速度记录的基线漂移。

强震地面运动反应谱以及峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV）、峰值位移（PGD）、地面永久位移（D-last）在理论研究和工程实践中应用十分广泛，因此研究基线漂移对上述参数产生的影响很有必要。相关研究表明，基线漂移对峰值加速度时程影响很小，但通过积分求速度，基线漂移被放大；当通过积分求位移时程时，基线漂移被进一步放大，往往与真实的位移时程相差甚远。下面以Elcentro波（EW）原始记录为例来简要说明这个问题。为了简便起见，本节假定Elcentro波基线漂移是加速度记录中包含的线性趋势造成的，在此基础之上采用最小二乘拟合进行基线校正。需要注意的是通过去这种方法进行基线校正得到的结果未必是真实可信的，此处只是为了简要说明基线漂移在积分过程中被逐步放大的问题。此处积分采用线性加速度法。作出加速度、速度、位移校正前后比较图，分别见图2.1~2.3。具体matlab程序见附录。

图2.1 加速度时程

图2.2 速度时程

图2.3 位移时程

从图2.1~2.3中可以看出，基线平漂移对加速度记录影响很小，可以忽略不计。而对速度和位移，基线漂移的影响在逐步扩大。尤其对于位移，观察图2.3可知，用原始加速度记录积分得到的最终地面位移竟然高达7m左右，这显然是不合理的。但正如上面所说，虽然通过去除线性趋势的基线校正之后，地面最终位移几斤归零，但这并不意味着用这种方法得出的速度时程和位移时程就是真实可信的。一方面，去线性趋势后的位移时程仍存在明显不合理的地方—位移时程呈现出0→峰值→0的变化趋势，基本没有上下震荡的过程，这和真实情况是不相符的；另一方面，在不知道加速度记录出现漂移原因且原始记录并未出现明显线性漂移的情况下，生硬地对其进行去线性化趋势处理是不合理的。

3.常见的基线校正方法

从理论上讲，加速度记录中震前部分的地面运动加速度应当为零，但由于背景噪声的存在，震前部分的加速度往往不为零，且部分记录震前部分的振动强度相当可观。所以，一般在基线校正过程中，会首先采用减去震前部分平均值或在没有震前部分记录的情况下减去整个加速度记录平均值的方法进行初始校正，即上节中提到的“去除平均趋势”。这种方法本质上只是将加速度时程的基线上下平移，并不会改变其形状，因此这种处理也被称为加速度时程的基线初始化。

常见的数字化强震记录的基线校正方法大致分为两类：一类为针对低频误差而提出的滤波方法，如美国地调局的BAP程序；另一类为Iwan等人针对传感器的磁滞效应提出的Iwan 法[4]。

BAP程序的基本思路是用一直线拟合加速度时程，然后从加速度过程中减去该直线，即上节中提到的去线性趋势。之后，再对得到的加速度时程进行高通滤波处理，滤去低频分量，如通过butterworth高通滤波，或通过FFT和逆FFT滤去低频分量。需要指出的是，该方法在滤去低频成分的过程中，不能保留地面的永久位移信息，因此该方法不适用于产生永久地面位移的大震，仅适用于不产生地面永久位移的小震。采用滤波的方法对Elcentro波（EW）进行处理，结果见图3.1~3.4。观察图3.2不难发现，滤波后地面位移时程的峰值仅为15cm左右，滤波前后地面位移时程相差甚远。同时也可以进一步验证，对加速度时程进行高通滤波后，包含地面永久位移的信息也会被滤去。

图3.1 滤波前后加速度时程图

图3.2 滤波前后速度时程图

图3.2 滤波前后位移时程对比图

图3.1 滤波处理后位移时程图

Iwan法的基本思路是在对地震加速度记录基线初始化之后，通过积分得到速度时程，分别取第一次和最后一次超过50cm/s2的时刻为t1和t2，用一直线拟合速度时程大于t2部分（最小二乘法），得到直线斜率后在加速度时程的相应部分减去直线斜率。之后，用加速度时程在震动结束后为零的原则，用一直线拟合速度时程t1-t2的部分，并在加速度的相应部分减去直线斜率。两次积分分别获得速度时程和位移时程。该方法适用于产生地面永久位移的大震。

从上面的分析中可知，目前没有任何加速度基线的校正方法可以获得真实的地震动位移时程，根据加速度记录产生漂移的原因选择合适的方法进行基线校正才能得到较为理想的结果。

参考文献：

[1] 谢礼立，于双久. 强震观测与分析原理[M]. 北京：地震出版社，1982.

[2] DavidM Boore and Julian J Bommerb. Processing of strong-motion accelerograms: needs,options and consequences[J].SoilDynamics and Earthquake Engineering, 2005, 25: 93 -115.

[3] 郑水明, 周宝峰, 温瑞智等. 强震动加速度记录基线校正问题探讨[J]. 大地测量与地球动力学, 2010, (3):47-50.

[4] 王国权, 周锡元. 921台湾集集地震近断层强震记录的基线校正[J]. 地震地质, 2004, (1).

附录：

clear,clc

A=input('请输入加速度时程（第一列为时间，第二列为加速度）');

Size=size(A);

%%获得矩阵A的行列数

N=Size(1,1);

t=A(:,1);

Delta_t=t(2)-t(1);

a0=A(:,2);

a1=a0-mean(a0);

p2=polyfit(t,a0,1);

a2=a0-polyval(p2,t);

v0=zeros(N,1);

x0=zeros(N,1);

v1=zeros(N,1);

x1=zeros(N,1);

v2=zeros(N,1);

x2=zeros(N,1);

for i=2:N

v0(i)=v0(i-1)+a0(i-1)*Delta_t/2+a0(i)*Delta_t/2;

x0(i)=x0(i-1)+v0(i-1)*Delta_t+a0(i-1)*Delta_t^2/3+a0(i)*Delta_t^2/6; end

for i=2:N

v1(i)=v1(i-1)+a1(i-1)*Delta_t/2+a1(i)*Delta_t/2;

x1(i)=x1(i-1)+v1(i-1)*Delta_t+a1(i-1)*Delta_t^2/3+a1(i)*Delta_t^2/6; end

for i=2:N

v2(i)=v2(i-1)+a2(i-1)*Delta_t/2+a2(i)*Delta_t/2;

x2(i)=x2(i-1)+v2(i-1)*Delta_t+a2(i-1)*Delta_t^2/3+a2(i)*Delta_t^2/6; end

plot(t,a0,t,a1,t,a2);grid on,set(gca, 'XTick',

[0:2:56]),set(get(gca,'Children'),'linewidth',1.25),

legend('原始加速度','去平均趋势','去线性趋势'),xlabel('时间(s)'),ylabel('加速度（g）'),title('加速度时程')

figure;plot(t,v0,t,v1,t,v2);grid on,set(gca, 'XTick',

[0:2:56]),set(get(gca,'Children'),'linewidth',1.5),

legend('原始加速度','去平均趋势','去线性趋势'), xlabel('时间(s)'),ylabel('

速度（×10m/s）'),title('速度时程')

figure;plot(t,x0,t,x1,t,x2);grid on,set(gca, 'XTick',

[0:2:56]),set(get(gca,'Children'),'linewidth',1.5),

legend('原始位移','去平均趋势','去线性趋势'),xlabel('时间(s)'),ylabel('位移（×10m）'),title('位移时程')

ERP基线校正

52Brain独家发布王一峰西南大学 ERP数据分析中的基线校正就是一个线性平移。说来简单，内中却有很深的学问。下面从几个方面简单谈一下个人经验： 1 分析时程：一般而言基线选取不短于分析时长的1/5，由于ERP分析时程多在1000ms之内，基线则多选为100-200ms。分析时程的延长对整个分析过程中参数的选取都产生影响，其中，基线延长也是必须的。就个人经验来看，基线一般没有超过500ms的。除基线选取外，其他参数如滤波、去除伪迹等也要选取适当的参数。由于分析时程增加，受到慢电位漂移及其他伪迹干扰的可能性也增大；此时可以增加伪迹的范围，比如将去伪标准从±80调到±100. 基线的长度也不宜过短，10ms的基线不能保证锁时之前是平稳的。即使是简单的视听觉任务，基线的长度原则上也不应短于50ms。 2 基线位置：通常基线选取位于刺激呈现前100-200ms。如果从反应开始分析就比较复杂：做出反应时与动作相关的ERP成分还存在，此时波形还是有一定斜率的，因此单纯选取反应后的200ms或其他时长作为基线有时效果并不好。如果不同条件的反应没有差异，或者说反应后的波形可以重叠到一起，采用反应后基线是可以的。如果不同条件的反应过程存在差异，如混有决策信心等因素，反应阶段的波形就可能不一致。此时，选取反应后基线不是最佳选择。此时，可以在反应后较长时间内（如500ms）检查波形是否恢复平稳。原则上，反应锁定时也是可以用刺激锁定的基线的。由于刺激诱发的心理反应不同，可能在较长时间段内都存在差异，此时，只能假定刺激呈现前的心理过程是一致的，其后的过程就不适宜作为基线了。还有一种就是灵活基线，说白了就是峰峰检验对应的取基线方法。最近几年ERP分析中用峰峰检验并不多，一个重要原因就是它的使用有很大的局限性。严格地说，前后两个峰值应该具有同样的地形分布，这样才能确定二者确实是相互影响的。宽松一点，前后两个峰值的地形分布应该相似，或者说，所分析的电极点都在两个峰值的主要效应区域内。如果用头皮前中部的N2和中后部的P3做峰峰检验是不合适的。一旦确定了可以做峰峰检验，则前一个峰值就可以作为后一个峰值的基线。在此基线基础上，可以观察到后一个峰值的差异波分布在哪些位置。而如果应该进行峰峰检验时没有用前一个峰值去校正，则后一个峰值处的差异波就会有误差。以前中部的P2和N2为例，如果P2波幅很大，我们往往看到N2的电压值是正的。见过很多人纠结于这个具有正值的负向偏转应该叫什么名字，其实，只要用P2作一下基线校正，N2自然就是负值了。这里要补充一个重要问题：ERP分析中没有绝对电压值，所有值都是减去基线后的相对值。因此，ERP的主要任务是检验差异，而不可建立一个绝对刻度。 3 基线平稳问题：很多人会纠结于实验的基线不稳，这可能由很多原因造成。其一，叠加次数过少，噪音过大。此时基线往往产生较大波动，直观感觉就是很乱。这个在可能的范围内增加每个条件的叠加次数就可以解决。

拉曼光谱的原理及应用.doc

拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性,体积小而功率大的二极管激光器,与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计,提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。（一）含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会按原来的方向透射,而一小部分则按不同的角度散射开来,产生散射光。在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线,这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此,与红外吸收光谱类似,对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究谱线特征（二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征： a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同,但对同一样品,同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关； b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上,斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。 c. 一般情况下,斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布,处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。（三）拉曼光谱技术的优越性提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析,它无需样品准备,样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外 1 由于水的拉曼散射很微弱,拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。 2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间,可对有机物及无机物进行分析。相反,若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器 3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐,更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中,独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。 4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米,常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且,拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小,可分析更小面积的样品。 5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动,这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。（四）几种重要的拉曼光谱分析技术 1、单道检测的拉曼光谱分析技术 2、以CCD为代表的多通道探测器用于拉曼光谱的检测仪的分析技术 3、采用傅立叶变换技术的FT-Raman光谱分析技术 4、共振拉曼光谱分析技术 5、表面增强拉曼效应分析技术 (五) 拉曼频移,拉曼光谱与分子极化率的关系 1、拉曼频移：散射光频与激发光频之差,取决于分子振动能级的改变,所以它是特征的,与入射光的波长无关,适应于分子结构的分析 2、拉曼光谱与分子极化率的关系分子在静电场E中,极化感应偶极矩P为静电场E与极化率的乘积诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子的极化率分子中两原子距离最大时,极化率也最大拉曼散射强度与极化率成正比例（六）应用激光光源的拉曼光谱法应用激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性,与表面增强拉曼效应相结合,便产生了表面增强拉曼光谱。其灵敏度比常规拉曼光谱可提高104~107倍,加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制,使分析的信噪比大大提高。已应用于生物、药物及环境分析中痕量物质的检测。共振拉曼光谱是建立在共振拉曼效应基础上的另一种激光拉曼光谱法。共振拉曼效应产生于激发光频率与待测分子的某个电子吸收峰接近或重合时,这一分子的某个或几个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104~106倍,有利于低浓度和微量样品的检测。已用于无机、有

分光光度计基线校正的原理和方法

【原创】关于分光光度计基线校正的原理和方法对于双光束分光光度计而言在使用前必须要做基线校正（也称为基线记忆），对于此项工作的原理和操作方法许多使用者的认识不尽相同；为此谈谈我的认识。（一）为何要做基线校正？众所周知、光度计的光学系统基本是由光源（氘灯、钨灯）一单色器（光栅、狭缝）一检测器（光敏二极管、光电倍增管）等三部分组成的。在我们使用的波长区域中（一般紫外可见仪器均在 190 nm 110Onm 范围里，）上述部件在不同的波长下的响应值（光源的发射强度、单色器的色散强度、检测器的放大倍数）均不相同；通俗地说、即使没有样品，仪器如果不做基线校正，那么在 190nm 至110 Onm 的范围中，吸光值或透过率不会是一条直线，这是尽管上图反映的是单光束的能量图，但在基线未校正状态下，即使改用双光束测量方式来扫描一个样品，其所得到的图谱或吸光值也是不可信的。（二）被校正的基线种类和用途（1）系统基线：所谓系统基线就是仪器固有的波长范围的总基线；例如一台仪器出厂设计的波长全程范围是 190nm 至 110Onm ，那么它的系统基线就是这个范围。一般来讲，作为分析人员对一台仪器做全程扫描测试是比45.000 -a.2oo eoo.oo 种客观的物理现象，如下图; 4C.000 30.000 20.000 10.000 190.00 细 DOO SOOOO

较少见的；之所以要做系统基线的目的一般是将仪器的光学系统的响应值校正到基本一致；这就类似马拉松赛跑一样，只要大家在同一起跑处（注意：不是起跑线）比赛，前后差几米出发无所谓。（2）用户基线：所谓用户基线就是分析者自己设定的测量波长区域的一段基线；由于这是分析所需要的区域，为了保证测试的准确性，故用户基线的校正是非常重要和必要的；这就类似百米赛跑一样，运动员要在同一个起跑线上比赛而不能抢跑，否则无法准确计算成绩。（三）基线校正的方法（1）系统基线：系统基线的校正较为简单，一般情况下样品室内不放样品，仅做光学系统的校正；如果一定要使用全波段的测量那另当别论。同时需要注意的是：系统基线无需经常校正，一般半个月或一个月校正校正一次即可。对有的仪器来说，系统基线校正过于频繁反而会造成基线漂移严重。（2 ）用户基线校正：正确的校正方法是：两只比色杯盛有空白溶液分别放置在样品及参比光路中，校正波长范围要大于分析波长范围；例如、分析设定范围为220nm?500nm，那么校正波长就要设定为210nm?510nm ;等待校正结束后再将波长设定回到原来的220nm?500nm范围。这种校正方法的优点是：如果校正波长与分析波长完全吻合一致，有可能在校正后的基线两端出现大的噪声；如果校正范围大于实际分析范围并掐头去尾后可以提高分析精度。我将这种校正方法起名为豆芽菜原理”，目的是便于记牢；（因为我们吃豆芽菜时均要掐头去根，仅吃中间部分，故以前的饭馆将炒豆芽这道菜称为炒掐菜”；对不起、跑题了）。关于这种校正方法，许多使用者往往不知晓或忽略掉了，在此顺便介绍给版友。值得注意的是，有的仪器操作者在做基线校正时，参比一侧不放参比溶液，也就是用空气来做参比对照。这种方法在可见区对有的样品也许有时影响不大，但在紫外区影响就会很明显了。严格的说，用空气做参比所测得的结果不是真正意义上的校正光谱。（四）基线校正的注意事项（1）基线校正时要保证仪器有一定的预热时间（2 ）每更换一种参比溶液后均要重新做基线校正（3）如果参比溶液的吸光度大于样品的吸光度值时测试结果会出现负值，此时要考虑使用何种溶液做基线校正了。（4）做基线校正时要考虑试剂的使用波长范围问题，因为有的试齐恠某个波长以下的吸光度值会无限大，这时去做校正会超出仪器的有效量程范围，无法得到真正的结果。关于试剂的使用波长范围，目前一般在试剂瓶的标签上会有标注。我有个简单资料表供大家参考如下：

拉曼光谱基线校正解读

2 Spectroscopy 29(2) February https://www.360docs.net/doc/aa2615361.html,Baseline Correction for Raman Spectra Based on Piecewise Linear Fitting The correction of baseline drift is an import part for data preprocessing. An interval linear fitting method based on automatic critical-point-seeking was improved, which made it possible for the baseline to drift automatically. Experimental data were acquired from the sulfamic acid catalytic reaction of the aspirin system, which consisted of different proportions of aspirin. A simulated base-line with different interval values of moving average smoothing determined setting parameters in this method. After baseline drifts caused by fluorescence are removed, the differences of character-istic aspirin peaks proved the efficiency of this method. Kuo Sun, Hui Su, Zhixiang Yao, and Peixian Huang Rcharacterization for its ability to obtain information on vibrations from samples. It can also be used for on-line monitoring using a fiber-optic Raman probe (1,2). The Raman spectra show the characteristics for species in sharp and dense peaks. However, during the application of Raman spectroscopy, fluorescence of organic compounds in the samples, which are sometimes several orders of magnitude more intense than the weak Raman scatter, can interfere with the Raman signals (3). A phenomenon of baseline drift shows up, making the resolution and analysis of Raman spectra impractical.Both instrumental (4) and mathematical methods have been developed to reduce the drifted baseline caused by fluorescence. The use of an excitation wavelength such as 785–1064 nm lasers, which does not eliminate fluorescence (5), is the most traditional instrumental method. Raman scattering is directly proportional to the fourth power of frequency; as the excitation wavelength increases, the sen-sitivity of the Raman becomes severely reduced. The use of anti-Stokes Raman spectroscopy is another method, based on theory (6). Mathematical methods (7–10) include the first and second order derivatives, wavelet transform, me-dian filter, and manual polynomial fitting. These methods are useful in certain situations, but still have some limita-tions. For example, derivatives are effective, but as a result the shape of the Raman spectrum is changed; wavelet trans-form can be differentiable in the high- and low-frequency components of the signals; however, it is difficult to choose a decomposition method. Manual polynomial fittings re-quire the user to identify the “non-Raman” locations manu-ally (11), and afterwards the baseline curve is formed by fitting these locations. Consequently, the result involves the inevitable subjective factors and, in addition, the

高精度超短基线在水下定位中的应用

高精度超短基线在水下定位中的应用高精度超短基线定位系统在水下定位中的应用 1 2张粤宁刘鹏 (1.武汉长江航道救助打捞局，武汉430014;2.上海地海仪器有限公司，上海200233) 摘要:声学定位系统(Acoustic Positioning System)的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查和水下施工中起着重要作用。本文以某品牌超短基线定位系统为例，就超短基线 hort BaseLine)声学定位系统的原理、应用范围等几个方面展开讨论，同时介绍(Ultra S 了高精度超短基线工程中的实际应用，对使用过程中影响定位性能的主要因素进行了简单分析。关键词: 超短基线水下定位 1 概述 20世纪90年代以来，世界先进国家的海洋调查技术手段逐步成熟与完善，其中超短基线(简称USBL)水下设备大地定位技术也获得了长足的发展。高精度水下定位系统具有广泛的用途，在海洋探测研究、海洋工程、水下建筑物施工、潜水员水下作业、水下考古、海洋国防建设等方面，都离不开水下定位系统为其提供高精度、高质量的定位资料，因此高精度水下定位技术对维护国家领土权益和国民经济建设都具有重要意义。

1(1关于水下声学定位系统 20世纪50,60 年代，在国际上，随着光、声、磁等技术的不断发展，在大力开发海洋自然资源和海洋工程的进程中，水下探测技术得到了较大发展，相继开发了一系列先进的、高效能的水下探测设备:在各种水下检测的光、声、磁技术中，由于水下光波衰减很快，即使是波长最长、传播最远的红外光波在水中传播到了几米以后也衰减完了，而声波和电磁波在水中有良好的传播性，因而，声呐、磁探和超短基线成为水下检测的有效方法。声学定位系统最初是在19世纪60年代的时候被开发出来用于支持水下调查研究。从那时起，这类系统便在为拖体，ROV等水下目标的定位中成为了重要角色。声学定位系统能够在有限的区域内提供非常高的位置可重复精度，甚至在远离海岸。对大多数用户来说，可重复性精度要比绝对精度重要。在声学定位系统中，有3种主要的技术:长基线定位(LBL)，短基线定位(SBL)，和超短基线定位(SSBL/USBL)，有些现代的定位系统能组合使用以上技术。长基线(LBL):长基线定位能在宽广的区域内提供高精度的位置，它需要至少3个应答器组成的阵列部署在海底上的已知点上，水面舰只安装一个换能器。换能器测量出到水底应答器的斜距，从而计算出自身的坐标位置。

拉曼光谱解读

激光拉曼光谱 [实验目的] 1、学习使用光谱测量中常用的仪器设备； 2、测量4CCl （液体）的拉曼光谱； 3、学习简单而常用的光谱处理方法，并对4CCl 的拉曼光谱进行处理，求出4CCl 的主要拉曼线的拉曼位移。 [拉曼光谱基本原理] 1、现象频率0v 的单色辐射入射到透明气体、液体或光学上完整透明的固体上时，大部分辐射无改变地透过，还有一部分受到散射。其中将出现频率为0m v v ±的辐射对。这种辐射频率发生改变的散射成为拉曼（Raman ）散射；还有辐射频率不发生改变的散射称为瑞利散射。一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱，即0v 和0m v v ±合起来构成拉曼光谱。0v 称为瑞利线，0m v v ±称为拉曼线，m v 称为拉曼位移。且频率为0m v v -的拉曼线称为斯托克斯线，频率为0m v v +的拉曼线称为反斯托克斯线。瑞利散射的强度通常约为入射辐射强度的310-，强的拉曼散射的强度一般约为瑞利散射强度的310-， 2、解释对拉曼散射的完整理论解释是非常复杂的，限于篇幅这里不作介绍，请大家参看附后的有关参考书。下面用一个简单模型——散射系统与入射辐射之间的能量交换模型对其加以解释。设散射系统有两个能级1E 、2E ，且有21E E >，210E E hv ->。由于入射辐射的相互作用，系统可以从低能级1E 跃迁到高能级2E ，这是必须要从入射辐射中获得所需能量21E E E ?=-。这个过程可以认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子，从1E 能级跃迁到某一更高能级（通常散射系统并没有这样一个能级，所

以称其为虚能级），然后，放出一个能量为0hv E -?的散射光子而跃迁到2E 能级。此时，散射光子的频率可表述为： 000m hv E E v v v v h h -??= =-=- 另一方面，如果散射系统处于激发能级2E ，由于相互作用的存在，它可以从高能级2E 跃迁到低能级1E 。此时系统必须把能量21E E E ?=-交给入射辐射。同样这一过程可认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子。从2E 能级跃迁到某一高的虚能级，然后以放出一个能量为0hv E +?的散射光子而跃迁到1E 能级。此时，散射光子的频率可表述为： 000m hv E E v v v v h h +??==+=+ 以上的描述可用图1来直观表示。拉曼散射所涉及到得能级1E 、2E ，一般为散射系统的振动、转动能级（对于分子系统而言），或为晶格振动能级（对于晶体而言）。即拉曼位移m v 通常对应系统的振动、转动频率或晶体振动频率。

拉曼光谱原理及应用简介

拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。（一）含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射.弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分,统称为拉曼效应当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征（二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征： a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关； b.在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧,这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。

c.一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。（三）拉曼光谱技术的优越性提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外 1由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。 2拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器3拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。4因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。5共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。（四）几种重要的拉曼光谱分析技术 1、单道检测的拉曼光谱分析技术

分光光度计基线校正的原理和方法

【原创】关于分光光度计基线校正的原理和方法对于双光束分光光度计而言在使用前必须要做基线校正（也称为基线记忆），对于此项工作的原理和操作方法许多使用者的认识不尽相同；为此谈谈我的认识。（一）为何要做基线校正？众所周知、光度计的光学系统基本是由光源（氘灯、钨灯）—单色器（光栅、狭缝）—检测器（光敏二极管、光电倍增管）等三部分组成的。在我们使用的波长区域中（一般紫外可见仪器均在190nm～1100nm范围里，）上述部件在不同的波长下的响应值（光源的发射强度、单色器的色散强度、检测器的放大倍数）均不相同；通俗地说、即使没有样品，仪器如果不做基线校正，那么在190nm至110 0nm的范围中，吸光值或透过率不会是一条直线，这是一种客观的物理现象，如下图；尽管上图反映的是单光束的能量图，但在基线未校正状态下，即使改用双光束测量方式来扫描一个样品，其所得到的图谱或吸光值也是不可信的。（二）被校正的基线种类和用途（1）系统基线：所谓系统基线就是仪器固有的波长范围的总基线；例如一台仪器出厂设计的波长全程范围是190nm至1100nm，那么它的系统基线就是这个范围。一般来讲，作为分析人员对一台仪器做全程扫描测试是比

较少见的；之所以要做系统基线的目的一般是将仪器的光学系统的响应值校正到基本一致；这就类似马拉松赛跑一样，只要大家在同一起跑处（注意：不是起跑线）比赛，前后差几米出发无所谓。（2）用户基线：所谓用户基线就是分析者自己设定的测量波长区域的一段基线；由于这是分析所需要的区域，为了保证测试的准确性，故用户基线的校正是非常重要和必要的；这就类似百米赛跑一样，运动员要在同一个起跑线上比赛而不能抢跑，否则无法准确计算成绩。（三）基线校正的方法（1）系统基线：系统基线的校正较为简单，一般情况下样品室内不放样品，仅做光学系统的校正；如果一定要使用全波段的测量那另当别论。同时需要注意的是：系统基线无需经常校正，一般半个月或一个月校正校正一次即可。对有的仪器来说，系统基线校正过于频繁反而会造成基线漂移严重。（2）用户基线校正：正确的校正方法是：两只比色杯盛有空白溶液分别放置在样品及参比光路中，校正波长范围要大于分析波长范围；例如、分析设定范围为220nm～500nm，那么校正波长就要设定为210nm～510nm；等待校正结束后再将波长设定回到原来的220nm～500nm范围。这种校正方法的优点是：如果校正波长与分析波长完全吻合一致，有可能在校正后的基线两端出现大的噪声；如果校正范围大于实际分析范围并掐头去尾后可以提高分析精度。我将这种校正方法起名为“豆芽菜原理”，目的是便于记牢；（因为我们吃豆芽菜时均要掐头去根，仅吃中间部分，故以前的饭馆将炒豆芽这道菜称为“炒掐菜”；对不起、跑题了）。关于这种校正方法，许多使用者往往不知晓或忽略掉了，在此顺便介绍给版友。值得注意的是，有的仪器操作者在做基线校正时，参比一侧不放参比溶液，也就是用空气来做参比对照。这种方法在可见区对有的样品也许有时影响不大，但在紫外区影响就会很明显了。严格的说，用空气做参比所测得的结果不是真正意义上的校正光谱。（四）基线校正的注意事项（1）基线校正时要保证仪器有一定的预热时间（2）每更换一种参比溶液后均要重新做基线校正（3）如果参比溶液的吸光度大于样品的吸光度值时测试结果会出现负值，此时要考虑使用何种溶液做基线校正了。（4）做基线校正时要考虑试剂的使用波长范围问题，因为有的试剂在某个波长以下的吸光度值会无限大，这时去做校正会超出仪器的有效量程范围，无法得到真正的结果。关于试剂的使用波长范围，目前一般在试剂瓶的标签上会有标注。我有个简单资料表供大家参考如下：

关于分光光度计基线校正的原理和方法

关于分光光度计基线校正的原理和方法对于双光束分光光度计而言在使用前必须要做基线校正（也称为基线记忆），对于此项工作的原理和操作方法许多使用者的认识不尽相同；为此谈谈我的认识。（一）为何要做基线校正？众所周知、光度计的光学系统基本是由光源（氘灯、钨灯）—单色器（光栅、狭缝）—检测器（光敏二极管、光电倍增管）等三部分组成的。在我们使用的波长区域中（一般紫外可见仪器均在 190nm～1100nm范围里，）上述部件在不同的波长下的响应值（光源的发射强度、单色器的色散强度、检测器的放大倍数）均不相同；通俗地说、即使没有样品，仪器如果不做基线校正，那么在 190nm至 1100nm的范围中，吸光值或透过率不会是一条直线，这是一种客观的物理现象，如下图；尽管上图反映的是单光束的能量图，但在基线未校正状态下，即使改用双光束测量方式来扫描一个样品，其所得到的图谱或吸光值也是不可信的。（二）被校正的基线种类和用途（1）系统基线：

所谓系统基线就是仪器固有的波长范围的总基线；例如一台仪器出厂设计的波长全程范围是 190nm 至 1100nm，那么它的系统基线就是这个范围。一般来讲，作为分析人员对一台仪器做全程扫描测试是比较少见的；之所以要做系统基线的目的一般是将仪器的光学系统的响应值校正到基本一致；这就类似马拉松赛跑一样，只要大家在同一起跑处（注意：不是起跑线）比赛，前后差几米出发无所谓。（2）用户基线：所谓用户基线就是分析者自己设定的测量波长区域的一段基线；由于这是分析所需要的区域，为了保证测试的准确性，故用户基线的校正是非常重要和必要的；这就类似百米赛跑一样，运动员要在同一个起跑线上比赛而不能抢跑，否则无法准确计算成绩。（三）基线校正的方法（1）系统基线：系统基线的校正较为简单，一般情况下样品室内不放样品，仅做光学系统的校正；如果一定要使用全波段的测量那另当别论。同时需要注意的是：系统基线无需经常校正，一般半个月或一个月校正校正一次即可。对有的仪器来说，系统基线校正过于频繁反而会造成基线漂移严重。（2）用户基线校正：正确的校正方法是：两只比色杯盛有空白溶液分别放置在样品及参比光路中，校正波长范围要大于分析波长范围；例如、分析设定范围为 220nm～500nm，那么校正波长就要设定为 210nm～510nm；等待校正结束后再将波长设定回到原来的220nm～500nm范围。这种校正方法的优点是：如果校正波长与分析波长完全吻合一致，有可能在校正后的基线两端出现大的噪声；如果校正范围大于实际分析范围并掐头去尾后可以提高分析精度。我将这种校正方法起名为“豆芽菜原理”，目的是便于记牢；（因为我们吃豆芽菜时均要掐头去根，仅吃中间部分，故以前的饭馆将炒豆芽这道菜称为“炒掐菜”；对不起、跑题了）。关于这种校正方法，许多使用者往往不知晓或忽略掉了，在此顺便介绍给版友。值得注意的是，有的仪器操作者在做基线校正时，参比一侧不放参比溶液，也就是用空气来做参比对照。这种方法在可见区对有的样品也许有时影响不大，但在紫外区影响就会很明显了。严格的说，用空气做参比所测得的结果不是真正意义

拉曼光谱仪助力药品检测R1解读

拉曼光谱仪助力药品检测拉曼光谱技术作为一个新兴的检测技术，在药品检测应用方面有着一些得天独厚的优点。与红外光谱相比，其样品制备简单甚至不需要制备，并可在密封的透明容器中进行检测，同时还可以直接测试水溶液; 与近红外光谱相比，其数据具有高度特异性，不需要复杂的建模，便于定性或定量;同时与液相色谱相比，其检测速度大大加快，检测时间可缩短到几分钟甚至几秒钟。由于其具有的这些优点，使其非常适合于药品检测的应用。尤其随着近几年来Raman技术的不断发展和成熟，越来越多的轻巧便携、功能强大、低维护成本的便携式拉曼光谱仪不断面世，使得拉曼光谱仪的应用场合可从实验室内扩展到了仓储和生产现场，大大扩展了拉曼的应用领域。另外，随着美国FDA过程分析技术(PAT)的启动，拉曼光谱技术也被认为是一种非常有希望的在线、实时监测制药全过程的技术。 B&W TEK公司是世界知名的便携式拉曼光谱仪生产商，拥有多种轻巧便携、功能强大的便携式拉曼光谱仪。同时公司还针对制药行业中对药品生产原材料的监测及药品真伪的鉴定应用需要，专门开发了符合21 CFR Part 11标准的BWID TM快速鉴定软件。该软件能快速的分析可疑物质，并立刻给出鉴定结果(匹配/不匹配)或检验结果(通过/不通过)。并具有直观的用户界面和规范化的工作流程，从而使得用户造成的人为误差最小化，保证即使是新手也能很快上手。同时该软件还支持用户对样品鉴定方法进行自定义，并自建光谱数据库。而预定义的方法允许所有的仪器操作者能够通过一键点击就完成样品的鉴定过程。另外该软件还支持FDA 21 CFR Part 11关于电子记录与电子签名规则。可提供增强的系统存取安全性，数据活动记录的审核追踪以及包括IQ和OQ流程的系统校验。完全符合现行药品生产管理规范的要求。图1. BWID TM用户界面实验与结果：采用B&W TEK 公司的MiniRamII便携式拉曼光谱仪和BWID TM软件，对四种常见药品：复方磺胺甲恶唑、泰诺、阿司匹林和安乃近的标准样片进行拉曼检测(对有包衣的药品刮除其包衣后进行检测)，并利用得到的拉曼光谱仪建立数据库。然后每种药品再各选取4个样品对建立的数据库进行检验，其结果如下：

加速度基线校正问题探讨

加速度时程积分中的基线校正问题探讨 1引言目前，地震反应分析中所采用的地震波源于真实地震动的数据采集和地震动的人工合成。地震动采集的数据大都以加速度时程的形式给出，而速度和位移时程通常由加速度积分得到。但强震仪记录的不仅是地震时纯粹的地面运动信息，还包含复杂的噪音，其中的低频噪音会导致加速度时程出现基线漂移[1]。基线漂移对加速度时程本身的影响很小（一般不超过峰值加速度的2%）,但通过积分求速度、位移时程时，基线的漂移被逐步放大，从而对速度、位移时程产生很大的影响[2]。因此，在使用加速度记录时，一般需要对其进行基线校正。 2加速度基线漂移的原因及其影响对于数字强震仪而言，导致加速度基线漂移的原因主要有传感器的磁滞现象、传感器的背景噪声以及传感器的倾斜等[3]。传感器的磁滞效应主要源于传感器的物质疲劳。Iwan等人通过对美国凯尼公司生产的PDR-1和FBA-13型强震仪的性能研究发现，当加速度超过一定界限时，相应记录的基线会发生跳跃现象。尽管这种现象对加速度本身影响很小，但通过积分放大，会对速度时程和位移时程产生较大影响。Iwan等人认为，这种现象可能是由于传感器系统机械或电路的微小磁滞作用引起的。对于PDR-1和FBA-13型强震仪，这种磁滞效应在加速度≥50gal时开始出现。背景噪音与记录场地条件密切相关，主要特征是频率丰富的随机波形。背景噪音导致加速度记录的初始值不为零，从而对加速度基线产生影响。传感器的倾斜主要发生在近场区强震观测台。在地震中，近场区域可能伴随强烈的地表变形（地表破裂、垂直抬升、水平位移等），从而导致传感器发生倾斜。传感器的倾斜可能导致加速度记录的基线漂移。强震地面运动反应谱以及峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV）、峰值位移（PGD）、地面永久位移（D-last）在理论研究和工程实践中应用十分广泛，因此研究基线漂移对上述参数产生的影响很有必要。相关研究表明，基线漂移对峰值加速度时程影响很小，但通过积分求速度，基线漂移被放大；当通过积分求位移时程时，基线漂移被进一步放大，往往与真实的位移时程相差甚远。下面以Elcentro波（EW）原始记录为例来简要说明这个问题。为了简便起见，本节假定Elcentro波基线漂移是加速度记录中包含的线性趋势造成的，在此基础之上采用最小二乘拟合进行基线校正。需要注意的是通过去这种方法进行基线校正得到的结果未必是真实可信的，此处只是为了简要说明基线漂移在积分过程中被逐步放大的问题。此处积分采用线性加速度法。作出加速度、速度、位移校正前后比较图，分别见图2.1~2.3。具体matlab程序见附录。

拉曼光谱的数据初步处理

摘要欧阳学文本文主要目的是熟悉拉曼光谱仪原理，并掌握拉曼光谱仪的实验测量技术以及拉曼光谱的数据初步处理。文章首先论述了拉曼光谱仪开发设计、安装调试中所应用的基本理论、设计原理与关键技术，介绍了激光拉曼光谱仪的发展动态、研究方向和国内外总体概况。其次阐述了拉曼散射的经典理论及其量子解释。并说明了分析拉曼光谱数据的各种可行的方法，包括平滑，滤波等。再次根据光谱仪器设计原理详细论述了分光光学系统的结构设计和激光拉曼光谱仪的总体设计，并且对各个部件的选择作用及原理做了详细的描述。最后，测量了几种样品的拉曼光谱，并利用文中阐述的光谱处理方法进行初步处理，并且进行了合理的分析对比。总之，本文主要从两个方面来分析拉曼光谱仪的实验测量和光谱数据处理研究：一、拉曼光谱仪的结构，详细了解拉曼光谱仪的工作原理。二、拉曼光谱数据处理分析，用合理的方法处理拉曼光谱可以有效便捷的得到较为理想的实验结果。通过对四氯化碳、乙醇、正丁醇的光谱测量以及光谱数据分析，得到了较为理想实验效果，证明本文所论述方法的可行性和正确性。关键词: 拉曼光谱仪光栅光谱分析 Abstract

Purpose of this paperisfamiliar withRamanSpectrometer, and mastery of experimental measurements ofRaman spectroscopyandRaman spectroscopytechniquespreliminarydataprocessing. The article firstdiscusses theRaman spectrometerdevelopment, design,installation and commissioningin theapplication of the basictheory, designprinciples andkey technologies,laserRaman spectrometerdevelopments,research direction andoverall profileat home and abroad. The second section describesthe classical theoryof Ramanscatteringandquantumexplanation.And showsthe Ramanspectraofthe variouspossible ways, includingsmoothingand filtering.Againaccording tospectrometerdesign principlesdiscussed in detail thespectroscopicoptical systemdesignand laserRaman spectrometeroveralldesign, andthe choiceforthe role ofthe various componentsand the principle ofa detaileddescription. Finally, themeasuredRaman spectraof severalsamples, and use paper describesmethodsforspectralprocessinginitial treatment, and for a reasonableanalysis and comparison. In summary, this paper mainly fromtwoaspects to analyzeexperimental measurementsof Ramanspectroscopyand spectral dataprocessing research: First, the structure ofRaman spectroscopy, Raman spectroscopydetailed understanding ofthe working principle. Second,Raman spectroscopydata processing and analysis, a reasonableapproach toeffectiveand convenientRaman spectroscopycanbemore idealresults. Throughcarbon tetrachloride, ethanol, nbutanolandspectraldata analysisspectral

高精度超短基线在水下定位中的应用

高精度超短基线定位系统在水下定位中的应用张粤宁1 刘鹏2 （1.武汉长江航道救助打捞局，武汉430014；2.上海地海仪器有限公司，上海 200233）摘要：声学定位系统（Acoustic Positioning System）的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查和水下施工中起着重要作用。本文以某品牌超短基线定位系统为例，就超短基线（Ultra Short BaseLine）声学定位系统的原理、应用范围等几个方面展开讨论，同时介绍了高精度超短基线工程中的实际应用，对使用过程中影响定位性能的主要因素进行了简单分析。关键词：超短基线水下定位 1概述 20世纪90年代以来，世界先进国家的海洋调查技术手段逐步成熟与完善，其中超短基线（简称USBL）水下设备大地定位技术也获得了长足的发展。高精度水下定位系统具有广泛的用途，在海洋探测研究、海洋工程、水下建筑物施工、潜水员水下作业、水下考古、海洋国防建设等方面，都离不开水下定位系统为其提供高精度、高质量的定位资料，因此高精度水下定位技术对维护国家领土权益和国民经济建设都具有重要意义。 1．1关于水下声学定位系统 20世纪50～60 年代，在国际上，随着光、声、磁等技术的不断发展，在大力开发海洋自然资源和海洋工程的进程中，水下探测技术得到了较大发展，相继开发了一系列先进的、高效能的水下探测设备：在各种水下检测的光、声、磁技术中，由于水下光波衰减很快，即使是波长最长、传播最远的红外光波在水中传播到了几米以后也衰减完了，而声波和电磁波在水中有良好的传播性，因而，声呐、磁探和超短基线成为水下检测的有效方法。声学定位系统最初是在19世纪60年代的时候被开发出来用于支持水下调查研究。从那时起，这类系统便在为拖体，ROV等水下目标的定位中成为了重要角色。声学定位系统能够在有限的区域内提供非常高的位置可重复精度，甚至在远离海岸。对大多数用户来说，可重复性精度要比绝对精度重要。在声学定位系统中，有3种主要的技术：长基线定位（LBL），短基线定位（SBL），和超短基线定位（SSBL/USBL），有些现代的定位系统能组合使用以上技术。长基线（LBL）:长基线定位能在宽广的区域内提供高精度的位置，它需要至少3个应答器组成的阵列部署在海底上的已知点上，水面舰只安装一个换能器。换能器测量出到水底应答器的斜距，从而计算出自身的坐标位置。