Vector casting for noise reduction

We report a new method for the reduction of noise from spectra. This method is based on casting vectors from one data point to the following data points of the noisy spectrum. The noise‐reduced spectrum is computed from the casted vectors within a margin that is identified by an envelope‐finder algorithm. We compared here the presented method with the Savitzky–Golay and the wavelet transform approaches for noise reduction using simulated Raman spectra of various signal‐to‐noise ratios between 1 and 25 dB and experimentally acquired Raman spectra. The method presented here performs well compared with the Savitzky–Golay and the wavelets‐based denoising method, especially at small signal‐to‐noise ratios and furthermore relies on a minimum of human input requirements

Comparability of Raman Spectroscopic Configurations: A Large Scale Cross-Laboratory Study

This is the final version. Available on open access from the American Chemical Society via the DOI in this recordThe variable configuration of Raman spectroscopic platforms is one of the major obstacles in establishing Raman spectroscopy as a valuable physicochemical method within real-world scenarios such as clinical diagnostics. For such real world applications like diagnostic classification, the models should ideally be usable to predict data from different setups. Whether it is done by training a rugged model with data from many setups or by a primary-replica strategy where models are developed on a 'primary' setup and the test data are generated on 'replicate' setups, this is only possible if the Raman spectra from different setups are consistent, reproducible, and comparable. However, Raman spectra can be highly sensitive to the measurement conditions, and they change from setup to setup even if the same samples are measured. Although increasingly recognized as an issue, the dependence of the Raman spectra on the instrumental configuration is far from being fully understood and great effort is needed to address the resulting spectral variations and to correct for them. To make the severity of the situation clear, we present a round robin experiment investigating the comparability of 35 Raman spectroscopic devices with different configurations in 15 institutes within seven European countries from the COST (European Cooperation in Science and Technology) action Raman4clinics. The experiment was developed in a fashion that allows various instrumental configurations ranging from highly confocal setups to fibre-optic based systems with different excitation wavelengths. We illustrate the spectral variations caused by the instrumental configurations from the perspectives of peak shifts, intensity variations, peak widths, and noise levels. We conclude this contribution with recommendations that may help to improve the inter-laboratory studies.COST (European Cooperation in Science and Technology)Portuguese Foundation for Science and TechnologyNational Research Fund of Luxembourg (FNR)China Scholarship Council (CSC)BOKU Core Facilities Multiscale ImagingDeutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation

Estimation of the Raman spectra resolution

Opisano parametry wpływające na rozdzielczość pomiarów widm Ramana. Następnie przedstawiono sposób wyznaczania rozdzielczości dla przykładowego układu spektrometru, wykorzystywanego w projekcie badawczym budowy przenośnego spektrometru Ramana. Wyniki analizy przeprowadzonej na podsta-wie prążków występujących w kilku pomierzonych widmach potwierdziły zgodność obliczeń z obserwowaną rozdzielczością pomiarów w przedziale 8,5÷10,5 cm-1.The Raman phenomenon and its prospective application to chemistry are described in detail in the paper. The parameters that determine the Raman spectra resolution are given. The method for estimation of the Raman spectra resolution with use of an exemplary spectrometer is presented. The method called a Full Width at Half Maximum was applied to determine the spectra resolution. The spectrometer QE65000 by Ocean Optics company is used in a portable Raman spectrometer being under construction. The spectrometer component elements are presented as well. The equations describing the spectra resolution according to the used grating, CCD sensor and input light slit are enclosed The results, obtained for a few selected spectra lines of diamond, silicon and the applied calibrating lamp confirmed the accuracy of the calculated values that belong to a range of 8,5÷10,5 cm-1. The paper shows how the spikes observed in the Raman spectra of selected chemicals were approximated by Lorentz or Gauss functions to find the spike maximum that, in general, can be placed at Raman shift somewhere between the available CCD pixels. It can be concluded that the estimated resolution is close to the value predicted by theoretical considerations and is sufficient for the portable device

Realization of the ZIGBEE wireless sensor network

W pracy przedstawiono koncepcję budowy bezprzewodowej sieci ZigBee, z wykorzystaniem mikro-kontrolerów firmy Microchip Technology Inc. oraz modułów radiowych wykonanych na układzie CC2420 i pracujących w paśmie częstotliwości 2,5 GHz. Sieć składa się z węzła centralnego, dołączonego do komputera przenośnego, rejestrującego i analizującego dane od wszystkich węzłów sieci za pomocą przygotowanego programu. Węzły sieci komunikują się miedzy sobą, przekazując dane do węzła centralnego bez konieczności bezpośredniej komunikacji z tym węzłem. Przedstawiono szczegóły dotyczące opracowanego oprogramowania realizującego zadanie routingu przesyłanych w sieci danych. Opisano najistotniejsze problemy techniczne, jakie pojawiają się przy realizacji sieci bezprzewodowej w tym standarcie.The conception of a wireless ZigBee sensor network has been presented. The network nodes consist of a microcontroller, produced by Microchip Technology Inc. and the trancievers made of CC2420 circuits and working at the frequency 2,5GHz. The network includes a central node, linked directly to the laptop, which collects and analysis data from all the network nodes by applying the prepared software. The network nodes communicate between each other and transmitt data to the central node without a direct communication. The details of the software which carry out routing between the nodes are enclosed. The most crucial practical problems that have appeared during preparation process are presented as well

Zautomatyzowany system do poprawy czułości detekcji gazów z wykorzystaniem zjawisk fluktuacyjnych

Resistance gas sensors exhibit random phenomena (resistance noise) which can be utilized to improve gas sensitivity and selectivity. That new emerging technique has to be investigated to recognize optimal parameters for gas detection. It means that a measurement system has to have ability of numerous parameters adjustment (e.g., sampling frequency, heater voltage, polarization current, voltage noise amplification). That fact induced design of a new setup which limits a number of external power sources and reduces time of gas sensors characterization. The newly prepared system comprises two digitally controlled voltage and current sources, and a control unit to select polarization current of the investigated gas sensor. The system is controlled by the dedicated PC software used for data acquisition and communication. The system allows characterizing of prototype gas sensors having a very high resistance, up to tens of M?. Additionally, the measured sensors can be irradiated by the UV diode to induce photocatalytic effect influencing their gas sensing properties. All these operation have been automated. An every action is automatically logged and state of the system is visualized using windows PC environment. Output files are batch-processed by means of commercial software, such as MATLAB®. Additionally, some exemplary results of recent experimental data for selected gas sensors, such as their noise spectra at various sensors temperatures has been presented.W rezystancyjnych czujnikach gazu występują zjawiska losowe (np. szumy rezystancji), które mogą być wykorzystane do poprawy czułości i selektywności detekcji gazu. Aplikacja tej stosunkowo nowej techniki wymaga przeprowadzenia badań w celu ustalenia optymalnych parametrów detekcji gazów, co oznacza, że system pomiarowy powinien posiadać możliwość zmiany szeregu parametrów (np. częstotliwości próbkowania, napięcia grzałki, prądu polaryzacji, wzmocnienia napięcia szumów). Implikowało to konieczność zaprojektowania systemu z ograniczoną liczbą zewnętrznych źródeł zasilania i minimalizacji czasu charakteryzowania czujników gazu. Zbudowany system zawiera dwa cyfrowo sterowane źródła prądu i napięcia oraz układ sterujący wyborem prądu polaryzacji badanego czujnika gazu. System jest sterowany z komputera PC za pomocą opracowanego, dedykowanego oprogramowania i umożliwia charakteryzowanie prototypowych czujników gazu o rezystancji aż do dziesiątek M?. Czujnik może być ponadto poddany promieniowaniu przez diodę UV w celu wywołania efektu fotokatalizy, co wpływa na czułość detekcji gazu. Wszystkie wymienione czynności zostały zautomatyzowane w jak największym stopniu. Wszystkie wykonywane operacje są automatycznie rejestrowane, a aktualny stan systemu jest wizualizowany w postaci graficznej na monitorze PC. Pliki wyjściowe są przetwarzane wsadowo przy wykorzystaniu komercyjnego software’u takiego jak MATLAB®. Ponadto, przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów uzyskane przy wykorzystaniu zaprojektowanego automatycznego stanowiska pomiarowego

Detection of illicit chemicals by portable Raman spectrometer

The Raman spectrometers can be built as the portable devices and can be used in various places to detect illicit chemicals. This method has become popular due to deficiency of other fast methods that could be applied against terrorist attacks or could help police at their work. The Conception of a portable Raman spectrometer has been presented. The Description enclosures the presentation of the prepared device and its possible applications by presenting exemplary detection results

Two applications of signalprocessors in signal processing and data acquisition

W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił skokowy wzrost liczby aplikacji stosujących mikrokontrolery i mikroprocesory w układach pomiarowych. Ten wzrost dotyczy także zastosowań procesorów sygnałowych, pozwalających na wstępne przetwarzanie rejestrowanych danych w czasie rzeczywistym. Możliwość wstępnego przetwarzania istotnie ogranicza liczbę przechowywanych lub przesyłanych do nadrzędnego komputera parametrów w stosunku do liczby rejestrowanych próbek sygnałów. W pracy przedstawiono dwa przykładowe zastosowania procesorów sygnałowych dokonującego procesu wstępnego przetwarzania rejestrowanych próbek oraz w układzie realizującym funkcje woltomierza fazoczułego (ang. lock-in amplifier). W pierwszym przypadku przestawiono koncepcję urządzenia pozwalającego na kondycjonowanie, próbkowanie sygnałów ze wstępnym przetwarzaniem jak i rejestrację w pamięci wewnętrznej układu lub w dołączonej karcie pamięci. System został wyposażony w kilka standardowych interfejsów (USB, I2C i CAN), które pozwalają na dołączenie zewnętrznych sensorów lub nadrzędnego komputera. W drugim przykładzie wykorzystano zestaw uruchomieniowy z procesorem sygnałowym TMS320C6713 oraz zewnętrzny układ z przetwornikiem A/C. Oprogramowanie procesora realizuje generację fali sinusoidalnej oraz jej przesunięcia w fazie, funkcje mnożnika i filtracji dolnoprzepustowej - funkcje niezbędne do pracy woltomierza fazoczułego.There is a strong growth in the number of microcontrollers and processors applications for measurement systems. This growth concerns the applications of digital signal processors as well. These processors can preprocess the sampled data before saving that limits amount of the stored data to the estimated parameters only. Two applications of digital signal processors are presented in detail: multi-channel recorder with preprocessing and lock-in amplifier. The recorder can amplify the sampled signals and saves in flash memory or memory card. This system was fitted with various standard interface (USB, I2C and CAN), that enables attachment of various sensors and a superior processor. The latter application (lock-in amplifier) uses digital signal processor TMS320C6713 and extemal A/D converter. The control program generates harmonic signal, performs multiplication and low-pass filtering to achieve lock-in amplifier functionality