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基于高斯拟合的光纤型SPR信号的峰值检测算法
被引量：
9
1
作者
周鹏
张文斌
+4 位作者
王军星
孙翠迎
刘瑾
苏荣欣
王学民
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第6期1949-1953,共5页
光纤型表面等离子共振光谱具有半峰宽较宽,共振峰不尖锐等特征,传统的针对棱镜型SPR光谱的峰值检测算法无法准确定位此类光谱的共振峰值。为了准确计算光纤型SPR光谱的共振波长,提出了一种基于信赖域算法的高斯拟合方法,在拟合的光谱曲...
光纤型表面等离子共振光谱具有半峰宽较宽,共振峰不尖锐等特征,传统的针对棱镜型SPR光谱的峰值检测算法无法准确定位此类光谱的共振峰值。为了准确计算光纤型SPR光谱的共振波长,提出了一种基于信赖域算法的高斯拟合方法,在拟合的光谱曲线上利用一维搜索的方式确定峰值位置。通过对标准甘油光谱数据的处理,证明高斯拟合法能够适应光纤型SPR光谱的特征,波长计算准确。通过搭建的SPR系统,实验测量了不同浓度下蔗糖溶液的SPR光谱数据,并分别采用加权质心法,追踪质心法和该研究提出的高斯拟合法进行共振波长的计算。结果表明高斯拟合法能够有效提升分辨率,且运算速度较快,有利于工程集成。
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关键词
SPR光谱
高斯拟合法
信赖域算法
峰值检测
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职称材料
温度干扰下的葡萄糖水溶液近红外光谱修正方法与比较
被引量：
4
2
作者
孙翠迎
韩同帅
+2 位作者
郭超
盛伟楠
刘瑾
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2017年第11期3391-3398,共8页
水的近红外吸收光谱受温度影响较大,采用近红外光谱法对水溶液样本进行成分测量时,温度的影响不能忽视。特别对于葡萄糖这种弱吸收成分,温度的微小变化会对其测量精度造成较大影响。实验发现葡萄糖水溶液在30℃附近时,温度每变化1摄氏度...
水的近红外吸收光谱受温度影响较大,采用近红外光谱法对水溶液样本进行成分测量时,温度的影响不能忽视。特别对于葡萄糖这种弱吸收成分,温度的微小变化会对其测量精度造成较大影响。实验发现葡萄糖水溶液在30℃附近时,温度每变化1摄氏度,在1 160nm处溶液的吸光度变异系数约0.344 7%,这个变化约相当于500~600mg·dL^(-1)葡萄糖浓度引起的溶液吸光度变化量。将近年来发展的几种化学计量学方法用于温度扰动下葡萄糖水溶液的光谱修正,以提高葡萄糖测量精度,具体包括广义最小二乘加权法(GLSW)和外部参数正交化方法(EPO)。对不同温度的葡萄糖水溶液样品在900~1 350nm的光谱进行采集,测试了两种方法对温度变化后光谱的修正效果,考察了修正后光谱的葡萄糖预测误差,并与传统的考虑温度变量的多变量回归方法—偏最小二乘(PLS)回归法进行了比较。结果表明,GLSW和EPO方法对不同温度下的溶液光谱有好的校正效果,不同温度下溶液光谱的变异系数得到显著改善,同时两种方法在模型复杂性、温度修正效果等方面都优于传统方法。研究可推广到其他水份含量较大的样品测试场合,也对人体组织中的葡萄糖测量有借鉴价值。
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关键词
近红外光谱法(NIR
spectroscopy)
外部参数正交化(EPO)
广义最小二乘加权(GLSW)
葡萄糖
测量
温度修正
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职称材料
基于外部参数正交的葡萄糖近红外漫射光谱温度校正
被引量：
2
3
作者
盛伟楠
孙翠迎
+2 位作者
韩同帅
刘冰洁
刘瑾
《纳米技术与精密工程》
CSCD
北大核心
2017年第5期425-429,共5页
不同温度下葡萄糖的近红外光谱存在较大差异,故温度干扰将影响葡萄糖浓度的预测精度.本文提出采用基于外部参数正交化的光谱预处理方法,对不同温度下葡萄糖在浑浊介质中的漫射光谱进行温度校正.该方法仅需预先对代表性样品进行不同温度...
不同温度下葡萄糖的近红外光谱存在较大差异,故温度干扰将影响葡萄糖浓度的预测精度.本文提出采用基于外部参数正交化的光谱预处理方法,对不同温度下葡萄糖在浑浊介质中的漫射光谱进行温度校正.该方法仅需预先对代表性样品进行不同温度下的漫射光谱采集,即可获得消除温度变量的滤波矩阵,利用该矩阵可以将所有温度下的光谱校正至基准温度水平.该校正方法预先对外部干扰变量单独建立模型,此模型与葡萄糖浓度预测模型的建立是分离的.该方法与温度、葡萄糖浓度混合建模的传统方法相比,复杂度大大降低.针对葡萄糖在浑浊介质中的测量场合,本文提出两种对于温度校正中代表性样品的选取方法,并实验验证了两种方案对葡萄糖在脂肪乳溶液中漫射光谱温度校正的效果.该方法为人体无创血糖测量中的温度校正提供了借鉴.
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关键词
近红外光谱
温度校正
漫射光谱
外部参数正交化
原文传递
1000～2500 nm宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选
被引量：
4
4
作者
张紫杨
孙迪
+2 位作者
刘冰洁
孙翠迎
刘瑾
《纳米技术与精密工程》
CSCD
北大核心
2017年第3期199-204,共6页
采用近红外光谱法无创测量人体血糖时,葡萄糖浓度变化引起的光强信号微弱,为了实现目标测量精度,需要选择适宜的测量波长使葡萄糖引起的吸收信号水平强于噪声信号水平.本文提出了基于最佳光程长的测量波长选择原则,可在测量灵敏度最大...
采用近红外光谱法无创测量人体血糖时,葡萄糖浓度变化引起的光强信号微弱,为了实现目标测量精度,需要选择适宜的测量波长使葡萄糖引起的吸收信号水平强于噪声信号水平.本文提出了基于最佳光程长的测量波长选择原则,可在测量灵敏度最大的条件下,评价葡萄糖吸收光谱的测量是否可行.以葡萄糖在水溶液中的测量为例,基于最佳光程长理论,对1 000~2 500 nm的每个波长均进行光程优化,以1 mmol/L的检测浓度为目标,筛选了可行的测量波段.结果表明,即使在最佳光程长下检测,该检测目标对测量光谱的重复性信噪比要求也非常高,当SNR达到10 000∶1时,仅有4个波段满足要求,分别是:1 000~1 160 nm,1 375~1 420 nm,1 590~1 640 nm和1 870~1 910 nm.其中短波长波段1 000~1 160 nm对光谱信噪比的要求最低,且最佳光程长最长,皮肤穿透深度最大,显示了较好的应用前景.这一结果对皮肤中的葡萄糖测量的波长选择有较好的参考价值.此外,本文所提出的波长选择方法也同样适用于采用吸收光谱法对其他物质成分的测量.
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关键词
近红外光谱
葡萄糖测量
血糖
最佳光程长
波长优选
原文传递
题名
基于高斯拟合的光纤型SPR信号的峰值检测算法
被引量：
9
1
作者
周鹏
张文斌
王军星
孙翠迎
刘瑾
苏荣欣
王学民
机构
天津大学精密仪器与光电子工程学院
天津大学化工学院
天津大学
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第6期1949-1953,共5页
基金
国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ090194)
文摘
光纤型表面等离子共振光谱具有半峰宽较宽,共振峰不尖锐等特征,传统的针对棱镜型SPR光谱的峰值检测算法无法准确定位此类光谱的共振峰值。为了准确计算光纤型SPR光谱的共振波长,提出了一种基于信赖域算法的高斯拟合方法,在拟合的光谱曲线上利用一维搜索的方式确定峰值位置。通过对标准甘油光谱数据的处理,证明高斯拟合法能够适应光纤型SPR光谱的特征,波长计算准确。通过搭建的SPR系统,实验测量了不同浓度下蔗糖溶液的SPR光谱数据,并分别采用加权质心法,追踪质心法和该研究提出的高斯拟合法进行共振波长的计算。结果表明高斯拟合法能够有效提升分辨率,且运算速度较快,有利于工程集成。
关键词
SPR光谱
高斯拟合法
信赖域算法
峰值检测
Keywords
Spectrum of SPR
The Gaussian fitting
Trust region algorithm
Peak detection
分类号
TH774 [机械工程—精密仪器及机械]
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职称材料
题名
温度干扰下的葡萄糖水溶液近红外光谱修正方法与比较
被引量：
4
2
作者
孙翠迎
韩同帅
郭超
盛伟楠
刘瑾
机构
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2017年第11期3391-3398,共8页
基金
国家(863计划)高技术研究发展计划项目(2012YQ090194)资助
文摘
水的近红外吸收光谱受温度影响较大,采用近红外光谱法对水溶液样本进行成分测量时,温度的影响不能忽视。特别对于葡萄糖这种弱吸收成分,温度的微小变化会对其测量精度造成较大影响。实验发现葡萄糖水溶液在30℃附近时,温度每变化1摄氏度,在1 160nm处溶液的吸光度变异系数约0.344 7%,这个变化约相当于500~600mg·dL^(-1)葡萄糖浓度引起的溶液吸光度变化量。将近年来发展的几种化学计量学方法用于温度扰动下葡萄糖水溶液的光谱修正,以提高葡萄糖测量精度,具体包括广义最小二乘加权法(GLSW)和外部参数正交化方法(EPO)。对不同温度的葡萄糖水溶液样品在900~1 350nm的光谱进行采集,测试了两种方法对温度变化后光谱的修正效果,考察了修正后光谱的葡萄糖预测误差,并与传统的考虑温度变量的多变量回归方法—偏最小二乘(PLS)回归法进行了比较。结果表明,GLSW和EPO方法对不同温度下的溶液光谱有好的校正效果,不同温度下溶液光谱的变异系数得到显著改善,同时两种方法在模型复杂性、温度修正效果等方面都优于传统方法。研究可推广到其他水份含量较大的样品测试场合,也对人体组织中的葡萄糖测量有借鉴价值。
关键词
近红外光谱法(NIR
spectroscopy)
外部参数正交化(EPO)
广义最小二乘加权(GLSW)
葡萄糖
测量
温度修正
Keywords
Near-infrared spectroscopy
External parameter orthogonalisation （EPO）
Generalizedleast squares weighting（GLSW）
Glucose measurement
Temperature correction
分类号
O657.3 [理学—分析化学]
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职称材料
题名
基于外部参数正交的葡萄糖近红外漫射光谱温度校正
被引量：
2
3
作者
盛伟楠
孙翠迎
韩同帅
刘冰洁
刘瑾
机构
精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学)
出处
《纳米技术与精密工程》
CSCD
北大核心
2017年第5期425-429,共5页
文摘
不同温度下葡萄糖的近红外光谱存在较大差异,故温度干扰将影响葡萄糖浓度的预测精度.本文提出采用基于外部参数正交化的光谱预处理方法,对不同温度下葡萄糖在浑浊介质中的漫射光谱进行温度校正.该方法仅需预先对代表性样品进行不同温度下的漫射光谱采集,即可获得消除温度变量的滤波矩阵,利用该矩阵可以将所有温度下的光谱校正至基准温度水平.该校正方法预先对外部干扰变量单独建立模型,此模型与葡萄糖浓度预测模型的建立是分离的.该方法与温度、葡萄糖浓度混合建模的传统方法相比,复杂度大大降低.针对葡萄糖在浑浊介质中的测量场合,本文提出两种对于温度校正中代表性样品的选取方法,并实验验证了两种方案对葡萄糖在脂肪乳溶液中漫射光谱温度校正的效果.该方法为人体无创血糖测量中的温度校正提供了借鉴.
关键词
近红外光谱
温度校正
漫射光谱
外部参数正交化
Keywords
near infrared spectra
temperature calibration
diffuse spectra
external parameter orthogo-nalization
分类号
O433 [机械工程—光学工程]
原文传递
题名
1000～2500 nm宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选
被引量：
4
4
作者
张紫杨
孙迪
刘冰洁
孙翠迎
刘瑾
机构
精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学)
出处
《纳米技术与精密工程》
CSCD
北大核心
2017年第3期199-204,共6页
基金
国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2012AA022602
2012YQ090194)
+1 种基金
国家自然科学基金资助项目(60938002
81471698)
文摘
采用近红外光谱法无创测量人体血糖时,葡萄糖浓度变化引起的光强信号微弱,为了实现目标测量精度,需要选择适宜的测量波长使葡萄糖引起的吸收信号水平强于噪声信号水平.本文提出了基于最佳光程长的测量波长选择原则,可在测量灵敏度最大的条件下,评价葡萄糖吸收光谱的测量是否可行.以葡萄糖在水溶液中的测量为例,基于最佳光程长理论,对1 000~2 500 nm的每个波长均进行光程优化,以1 mmol/L的检测浓度为目标,筛选了可行的测量波段.结果表明,即使在最佳光程长下检测,该检测目标对测量光谱的重复性信噪比要求也非常高,当SNR达到10 000∶1时,仅有4个波段满足要求,分别是:1 000~1 160 nm,1 375~1 420 nm,1 590~1 640 nm和1 870~1 910 nm.其中短波长波段1 000~1 160 nm对光谱信噪比的要求最低,且最佳光程长最长,皮肤穿透深度最大,显示了较好的应用前景.这一结果对皮肤中的葡萄糖测量的波长选择有较好的参考价值.此外,本文所提出的波长选择方法也同样适用于采用吸收光谱法对其他物质成分的测量.
关键词
近红外光谱
葡萄糖测量
血糖
最佳光程长
波长优选
Keywords
near infrared （NIR） spectroscopy
glucose measurement
blood glucose
optimum path- length
wavelength selection
分类号
O657.33 [理学—分析化学]
R446.1 [医药卫生—诊断学]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于高斯拟合的光纤型SPR信号的峰值检测算法
周鹏
张文斌
王军星
孙翠迎
刘瑾
苏荣欣
王学民
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016
9
下载PDF
职称材料
2
温度干扰下的葡萄糖水溶液近红外光谱修正方法与比较
孙翠迎
韩同帅
郭超
盛伟楠
刘瑾
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2017
4
下载PDF
职称材料
3
基于外部参数正交的葡萄糖近红外漫射光谱温度校正
盛伟楠
孙翠迎
韩同帅
刘冰洁
刘瑾
《纳米技术与精密工程》
CSCD
北大核心
2017
2
原文传递
4
1000～2500 nm宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选
张紫杨
孙迪
刘冰洁
孙翠迎
刘瑾
《纳米技术与精密工程》
CSCD
北大核心
2017
4
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