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LIBS结合图像筛选方法提高钢铁中Cu、Cr、Mn元素检测稳定性研究 被引量：1
1
作者 郑培超 刘少剑 +6 位作者 王金梅 陈光辉 李刚 刘旭峰 田宏武 董大明 郭连波 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期223-232,共10页
优质特种钢材和低端粗钢之间的性能差异主要受其构成元素种类及其成分含量的影响,因此,如何快速准确地对物质成分进行定性及定量分析对钢铁产品的质量评估至关重要。针对传统方法难以实现对钢铁合金成分的快速准确检测的难题,采用激光... 优质特种钢材和低端粗钢之间的性能差异主要受其构成元素种类及其成分含量的影响,因此,如何快速准确地对物质成分进行定性及定量分析对钢铁产品的质量评估至关重要。针对传统方法难以实现对钢铁合金成分的快速准确检测的难题,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)结合等离子体图像信息的方法,通过快速地对不同元素的特征光谱强度与激发生成的等离子体图像进行采集,分析两者之间的相关性,并通过提取的图像特征信息的异常值剔除了部分无效光谱数据,进而实现了对钢铁成分的高精度分析。通过分析延迟时间和激光能量等不同实验条件对元素特征光谱强度及其对应等离子体图像的影响规律,不仅证明了等离子体图像与光谱之间存在相关性,还利用等离子体图像特征信息的局部最优值确定了最优延迟时间、激光能量分别为1000 ns与50 mJ,并根据图像特征的平均阈值来筛选无效光谱数据。结果表明,图像筛选优化数据后,各元素谱线校准模型的决定系数(R^(2))分别从原始数据的0.978、0.986、0.957、0.935提升至0.995、0.997、0.968、0.957,且其定标曲线对未知样品元素的预测浓度相对标准偏差(RSD)下降为原始数据预测浓度RSD的50%左右。由此可知采用LIBS结合图像筛选方法可以减少定量分析的误差,提高预测结果精确度。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 等离子体图像 定量分析 稳定性
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便携式激光诱导击穿光谱仪测定土壤中重金属 被引量：3
2
作者 马明俊 方丽 +3 位作者 赵南京 韩守炉 陈富强 时晨 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期145-152,共8页
土壤重金属污染对农作物生长和人体健康都有严重危害,现场快速检测对土壤重金属污染调查、应急监测具有重要意义。采用自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场快速检测仪对矿区周边土壤进行现场检测分析,以835个不同基质土壤的光谱... 土壤重金属污染对农作物生长和人体健康都有严重危害,现场快速检测对土壤重金属污染调查、应急监测具有重要意义。采用自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场快速检测仪对矿区周边土壤进行现场检测分析,以835个不同基质土壤的光谱数据建立定标数据库,通过支持向量机建立回归模型对土壤重金属元素含量进行定量反演。现场检测获取的全波段光谱波动在15%以内,Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等6种元素光谱强度相对标准偏差平均值为6.31%。将检测结果与实验室电感耦合等离子体质谱法分析对比,6种元素的皮尔逊相关系数r在0.8501~0.9829,检测结果80%以上处于±30%相对误差区间分布。对比结果表明自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场检测仪可以满足现场快速检测需求。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 便携式 土壤重金属 现场检测
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基于高光谱成像技术的涌泉蜜桔糖度最优检测位置 被引量：1
3
作者 李斌 万霞 +4 位作者 刘爱伦 邹吉平 卢英俊 姚迟 刘燕德 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期128-139,共12页
本文旨在探索涌泉蜜桔糖度的最优检测位置和最佳预测模型,以便为蜜桔糖度检测分级提供理论依据。本文利用波长为390.2~981.3 nm的高光谱成像系统对涌泉蜜桔糖度最佳检测位置进行研究,将涌泉蜜桔的花萼、果茎、赤道和全局的光谱信息与其... 本文旨在探索涌泉蜜桔糖度的最优检测位置和最佳预测模型,以便为蜜桔糖度检测分级提供理论依据。本文利用波长为390.2~981.3 nm的高光谱成像系统对涌泉蜜桔糖度最佳检测位置进行研究,将涌泉蜜桔的花萼、果茎、赤道和全局的光谱信息与其对应部位的糖度结合,建立其预测模型。使用标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、基线校准(Baseline)和SG平滑(Savitzkv-Golay)4种预处理方法对不同部位的原始光谱进行预处理,用预处理后的光谱数据建立偏最小二乘回归(PLSR)和最小二乘支持向量机(LSSVM)模型。找出蜜桔不同部位的最佳预处理方式,对经过最佳预处理后的光谱数据采用竞争性自适应重加权算法(CARS)和无信息变量消除法(UVE)进行特征波长筛选。最后,用筛选后的光谱数据建立PLSR和LSSVM模型并进行分析比较。研究结果表明,全局的MSC-CARS-LSSVM模型预测效果最佳,其预测集相关系数Rp=0.955,均方根误差RMSEP=0.395,其次是蜜桔赤道部位的SNV-PLSR模型,其预测集相关系数Rp=0.936,均方根误差RMSEP=0.37。两者预测集相关系数相近,因此可将赤道位置作为蜜桔糖度的最优检测位置。本研究表明根据蜜桔不同部位建立的糖度预测模型的预测效果有所差异,研究最优检测位置和最佳预测模型可以为蜜桔进行糖度检测分级提供理论依据。 展开更多
关键词 涌泉蜜桔 高光谱 糖度 偏最小二乘回归 最小二乘支持向量机
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空间外差遥感数据光谱-干涉图双向校正算法研究
4
作者 王新强 王祯 +5 位作者 梁秋裕 熊伟 李志伟 叶松 甘永莹 王方原 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期963-968,共6页
空间外差光谱技术(SHS)作为新型高光谱分析技术,被广泛应用于大气检测、卫星遥感等领域,但由于空间外差光谱仪的制作不理想或工作环境的变化都会改变仪器参数而引入误差,使干涉图数据不准确,需要进行误差校正。在卫星平台下,由于与地面... 空间外差光谱技术(SHS)作为新型高光谱分析技术,被广泛应用于大气检测、卫星遥感等领域,但由于空间外差光谱仪的制作不理想或工作环境的变化都会改变仪器参数而引入误差,使干涉图数据不准确,需要进行误差校正。在卫星平台下,由于与地面环境的巨大差异,导致地面测定的校正参数对空间外差干涉图数据不再适用,特别是调制项误差(相位误差和非均匀误差)的改变,极大影响了光谱的准确性。针对空间外差遥感数据的调制项误差,从光谱与干涉图两个方面入手,进行误差分离与原因分析,认为空间外差遥感数据误差主要来源于CCD尺寸伸缩导致的光谱频率变化和CCD响应改变导致的干涉图强度变化,提出了光谱-干涉图双向校正方法。校正测试数据选取高分五号搭载检测仪(GMI)实测的12条O 2吸收光谱。取其中一条作为标定光谱,以SCIATRAN仿真的无误差光谱为基准,与标定光谱进行对比,分析两者在光谱维的频率偏差,通过特征峰频率确定两者的频率变换关系。然后根据变换关系将仿真光谱进行频率拉伸,使拉伸后的仿真光谱与实测光谱谱峰重合,计算拉伸仿真光谱与实测光谱干涉图,将两者干涉图相比得到干涉图强度的变化关系。最后将干涉图强度变化关系用于其余11条光谱的校正,得到校正后光谱。为了衡量校正效果,以校正前后光谱的标准差、均方误差和信噪比作为评价指标。结果显示标准差、均方误差都明显降低,同时信噪比显著增大,且标准差基本都在0.07以下,信噪比基本能达到20以上。其中校正效果最好的实测光谱,标准差减少了0.3767,信噪比提高了25.1016,均方误差降低了0.1587,校正效果较差的实测光谱,标准差减少了0.2296,信噪比提高了9.6328,均方误差降低了0.1049。因此所提出的光谱-干涉图双向校正方法对空间外差遥感数据的误差校正起到较好的效果,且处理过程简单,为同类数据的处理提供了一种新思路。 展开更多
关键词 空间外差遥感 误差校正 光谱谱峰频率 干涉图强度幅值
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典型饲用氨基酸的太赫兹光谱检测与密度泛函理论指认分析
5
作者 梁爽 王莹 +3 位作者 赵文文 张志勇 岳健民 李斌 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1269-1276,共8页
为探索用于畜禽饲喂低蛋白日粮的典型氨基酸太赫兹波段指纹特性及其与分子结构相关性,本文基于太赫兹时域光谱技术和密度泛函理论(DFT)对蛋氨酸等6种饲用氨基酸开展了实验测量和理论振动计算分析。首先,制备了氨基酸实验样本,测量了它们... 为探索用于畜禽饲喂低蛋白日粮的典型氨基酸太赫兹波段指纹特性及其与分子结构相关性,本文基于太赫兹时域光谱技术和密度泛函理论(DFT)对蛋氨酸等6种饲用氨基酸开展了实验测量和理论振动计算分析。首先,制备了氨基酸实验样本,测量了它们在0.5~2.0 THz的太赫兹吸收光谱,发现:蛋氨酸在1.48和1.54 THz、赖氨酸在0.95和1.67 THz、色氨酸在1.2和1.4 THz、苏氨酸在1.42 THz、组氨酸在1.4 THz、异亮氨酸在1.41和1.51 THz处呈现明显吸收特性;然后,利用GaussView软件构建了6种氨基酸单分子结构,应用DFT理论的B3LYP杂化泛函方法,结合6-311G(d,p)基组优化结构,计算获得其太赫兹波段的频谱特征,发现:蛋氨酸在1.51 THz、赖氨酸在0.89和1.68 THz、色氨酸在0.67和1.39 THz、苏氨酸在1.4 THz、组氨酸在1.4 THz、异亮氨酸在1.56和1.75 THz处有一定吸收,与实际实验测量吸收峰位基本吻合;最后,利用Gaussian软件分析了6种氨基酸在0.5~2.0 THz波段各吸收峰处的振动模式,发现:蛋氨酸1.51 THz处吸收峰源自其甲基团的面内摇摆振动;赖氨酸0.89和1.68 THz处吸收峰源自其羧基官能团的旋转和氨基官能团的面内摇摆振动;色氨酸1.39 THz处吸收峰源自其羧基官能团的面外弯曲振动;苏氨酸1.4 THz处吸收峰源自其羧基官能团的面外弯曲和氨基官能团的面内摇摆振动;组氨酸1.4 THz处吸收峰源自其氨基官能团的面内摇摆和整体摇摆振动;异亮氨酸1.56 THz处吸收峰源自其甲基团和氨基官能团的整体摇摆和羧基官能团的面外摇摆振动、1.75 THz处吸收峰源自其甲基团的整体摇摆和羧基官能团的面外摇摆振动。该研究为利用太赫兹光谱技术开展典型饲用氨基的快速定性定量研究提供理论参考。 展开更多
关键词 低蛋白日粮 氨基酸 太赫兹 密度泛函
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基于激光诱导击穿光谱的混凝土氯元素分布测量方法
6
作者 张智 郭歆宇 +7 位作者 杭玉桦 邱岩 吴坚 孙浩 周颖 李京徽 梅金娜 廖开星 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期632-640,共9页
氯元素会对混凝土结构产生侵蚀,引起结构内部的钢筋锈蚀,导致混凝土开裂,破坏结构的完整性。化学滴定等常规的混凝土中氯元素含量测量方法存在操作复杂、检测速度慢等问题。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有无须样品预处理、二维扫描检测和... 氯元素会对混凝土结构产生侵蚀,引起结构内部的钢筋锈蚀,导致混凝土开裂,破坏结构的完整性。化学滴定等常规的混凝土中氯元素含量测量方法存在操作复杂、检测速度慢等问题。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有无须样品预处理、二维扫描检测和原位定点分析等优势,但其用于混凝土中的氯元素含量测量仍存在氯元素定量限难以降低、非水泥成分对氯元素二维分布测量结果的影响等问题。面向核电站混凝土构筑物中氯元素含量现场快速检测的需求,研究了氯元素含量分布的双脉冲激光诱导击穿光谱检测方法,进一步评估了核电站混凝土模拟样品渗透面中氯离子的侵蚀状况。首先,分别采用内标法、主成分回归和支持向量回归建立氯元素定标模型,基于内标法得到的氯元素检测限为0.006 02 wt%、定量限为0.018 06 wt%,并采用留一法交叉验证法来评估三种模型的预测性能。其次,为了排除非水泥基质对氯元素检测的影响,分别建立了结合主成分分析的逻辑回归分类和支持向量机分类模型对混凝土中的水泥和骨料进行精确识别。同时选取Si、 Ca、 O三种元素组合的支持向量机模型的分类效果最优,其对总体组分识别的准确率达到了98.20%,其中骨料识别准确率97.84%、水泥识别准确率为98.33%。最后,基于主成分回归定标模型针对侵蚀15和30 d的混凝土渗透面的氯含量进行二维分布测量,两种样品的平均预测Cl含量均在约2 mm处达到最大值分别为0.890 wt%和0.599 wt%,结果与电位滴定法一致。综上,基于双脉冲激光诱导击穿光谱检测方法,在30 mJ的总能量下实现了氯元素检测限达0.006 02 wt%,实现了混凝土中骨料和水泥的精确识别,获得了混凝土侵蚀渗透面的氯元素含量二维分布,为核电站混凝土构筑物氯元素含量快速检测的现场应用提供了工程化解决方案。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 混凝土 氯 组分识别 二维扫描
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海面乳化溢油水包油乳化液的LIF接收光功率饱和强度分析
7
作者 马勤勇 崔永强 +1 位作者 王智伟 孔令富 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2192-2197,共6页
海面溢油的水包油乳化液对海洋造成严重的危害,水包油乳化液的识别以及定量分析,对于海洋污染的处理以及海洋环境的恢复具有重要意义。近年来一些研究对较薄的乳化溢油进行了定量分析,然而对于油层较厚的乳化溢油却鲜有深入的研究。激... 海面溢油的水包油乳化液对海洋造成严重的危害,水包油乳化液的识别以及定量分析,对于海洋污染的处理以及海洋环境的恢复具有重要意义。近年来一些研究对较薄的乳化溢油进行了定量分析,然而对于油层较厚的乳化溢油却鲜有深入的研究。激光照射到海面的水包油乳化液产生的荧光,在一定条件下会开始出现饱和而不再变化,针对这一饱和临界点以及相关范围的水包油乳化液的光谱特征进行研究。根据LIF探测系统接收到的光功率与BRRDF数值的关系,使用BRRDF模型对荧光光谱进行仿真。分析的油品使用Romashkino油和Petrobaltic油,分别代表深色不透明的油和明亮透明的油。提出一种针对厚度较大的水包油乳化液的荧光强度计算方法,计算出两种油在不同浓度和乳化时间下的乳化液出现荧光饱和的厚度。对计算结果进行比较可以看出饱和厚度随着浓度的增加而降低,随着乳化时间的增加而降低。分析结果显示,对于海水中的深色不透明的油的水包油乳化液,LIF接收到的荧光强度通常会出现饱和,因此单独使用LIF系统无法判断出超过饱和厚度的乳化液层的厚度。设计了一个4层神经元的神经网络,对饱和临界点附近的荧光光谱对乳化液浓度的识别能力进行验证。验证结果显示,不同浓度的水包油乳化液,只要达到或超过饱和厚度,其荧光光谱就具有较好的鉴别能力,可以用来区分不同浓度的乳化液。对于那些距离饱和厚度比较远的样本,荧光光谱具有分辨乳化液是否达到饱和厚度的能力。这些实验和结论将对较厚的水包油乳化液的识别和定量分析研究提供参考。 展开更多
关键词 荧光光谱 水包油乳化液 定量分析 饱和强度
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烟火剂爆燃光谱示温反演研究
8
作者 赵猛 夏惠军 +6 位作者 晁瑞泽 邵铭 程相正 鲁蓝霜 邱征 刘海梦 谭勇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期176-185,共10页
如何在高温、高压、高辐射状态下准确测温一直是一个难题,为解决该难题,以辐射光谱测温技术为基础,实现对多元烟火剂爆燃过程的非接触温度测量,为进一步明确烟火剂的反应步骤与爆燃产物提供了基础参数。通过建立多元烟火剂与示温颗粒的... 如何在高温、高压、高辐射状态下准确测温一直是一个难题,为解决该难题,以辐射光谱测温技术为基础,实现对多元烟火剂爆燃过程的非接触温度测量,为进一步明确烟火剂的反应步骤与爆燃产物提供了基础参数。通过建立多元烟火剂与示温颗粒的辐射光谱测温模型,给出基于凝聚相小灰体颗粒的发射率计算方法,开展凝聚相颗粒辐射谱线获取实验并进行连续热辐射谱线的示温反演。为提高反演的准确性,提出了一种方法以降低在多元烟火剂爆燃时出现的离子峰展宽影响,该方法采用维恩变换分析光谱曲线,使用Bisquare算法和最小二乘算法的双平方加权拟合去除非热辐射谱线,开展热辐射温度的反演。发现了烟火剂爆燃二次升温规律,温度出现升温-降温-再升温-再降温的二次放热的现象。该研究为炸药一类物质爆燃的温度场温度变化检测提供了一种新的反演思路和方法。 展开更多
关键词 爆燃光谱 示温反演 改进型维恩判据 Bisquare算法
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基于反射率、吸光度和Kubelka-Munk光谱的贡梨不同损伤程度检测
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作者 李斌 卢英俊 +1 位作者 苏成涛 刘燕德 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3101-3108,共8页
贡梨在收获、运输和销售过程中容易发生机械损伤,加速果实腐烂,降低贡梨品质。快速判别贡梨的不同损伤程度,进而采取不同的处理措施,以降低经济损失。以往运用高光谱技术研究水果的损伤程度,通常仅用反射率光谱。该研究运用高光谱技术... 贡梨在收获、运输和销售过程中容易发生机械损伤,加速果实腐烂,降低贡梨品质。快速判别贡梨的不同损伤程度,进而采取不同的处理措施,以降低经济损失。以往运用高光谱技术研究水果的损伤程度,通常仅用反射率光谱。该研究运用高光谱技术获取贡梨的反射率(R)、吸光度(A)、和Kubelka-Munk(K-M)变换光谱结合3种深度学习算法对健康和不同损伤程度的贡梨进行判别。首先,选取60个新鲜无损伤贡梨作为健康样品,再利用自由落体碰撞装置制备出Ⅰ级损伤、Ⅱ级损伤、Ⅲ级损伤贡梨样品各60个。通过高光谱成像系统采集这240个贡梨样品的光谱数据,对采集的光谱进行黑白校正,以获得贡梨的反射率(R)、吸光度(A)、和Kubelka-Munk(K-M)变换光谱,然后用基准线校准(Baseline)、去趋势(De-Trending)、移动平均(MA-S)、乘法散射校正(MSC)、卷积平滑(SG-S)、标准正态变量变换(SNV)共6种预处理方法对3种原始光谱数据进行预处理,并建立BP神经网络(BP)、极限梯度提升(XGBoost)和随机森林(RF)判别分析模型对贡梨不同损伤程度进行判别。根据模型对贡梨损伤程度的判别结果显示,基于反射率、吸光度、K-M变换光谱的BP模型判别准确率较好,整体准确率达到了85%及以上,且发现经过Baseline预处理后的反射率光谱建立的BP模型比未经预处理的反射率光谱谱建立的BP模型有较大的提升,判别准确率达到了93.33%。为了提升BP模型的精准度和运行效率,对3种原始光谱和Baseline预处理后的光谱利用竞争性自适应重加权(CARS)和无信息变量消除(UVE)方法筛选出特征波段光谱信息,用筛选后的特征光谱数据来建立BP模型,其判别结果显示A-RAW-CARS-BP模型具有最佳的判别准确率,整体准确率达到了96.66%。结果表明,采用3种原始光谱对贡梨的损伤程度进行判别具有可行性,为高光谱技术检测贡梨的不同损伤程度提供了理论依据。 展开更多
关键词 贡梨 高光谱 损伤程度 反射率光谱 吸光度光谱 Kubelka-Munk光谱
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基于图像光谱超分辨率的苹果糖度检测
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作者 翁士状 潘美静 +2 位作者 谭羽健 张巧巧 郑玲 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3095-3100,共6页
苹果风味独特,清脆可口,深受全世界消费者的广泛喜爱。糖度是衡量苹果品质的关键指标。高光谱成像(HSI)由于含有丰富的图谱信息在糖度无损检测中有着广泛的应用前景,然而仍面临仪器笨重昂贵、操作耗时等问题。光谱超分辨率(SSR)可通过... 苹果风味独特,清脆可口,深受全世界消费者的广泛喜爱。糖度是衡量苹果品质的关键指标。高光谱成像(HSI)由于含有丰富的图谱信息在糖度无损检测中有着广泛的应用前景,然而仍面临仪器笨重昂贵、操作耗时等问题。光谱超分辨率(SSR)可通过建立映射关系从低光谱维度RGB图像获得对应高光谱维度HSI图像,在HSI图像的高效获取上有着极大的优势。因而,将探索苹果RGB图像的SSR,并基于SSR数据进行糖度预测。首先,选取大小均匀的苹果作为研究对象,利用黑色哑光胶纸对感兴趣区域(ROI)进行标定。采集苹果RGB图像和HSI图像后,利用全局阈值法确定ROI并经过图像分割得到220个RGB-HSI图像对。然后,使用密集连接网络、多尺度层级回归网络和Transformer网络实现苹果RGB图像的SSR。最后,提取SSR后图像的反射率光谱,采用全光谱和竞争性自适应重加权选择后的有效波长光谱结合偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和极限学习机(ELM)构建糖度预测模型。结果表明,基于Transformer网络SSR结果最好。在SSR预测集中,平均相对绝对值(MRAESP)为0.1359,均方根误差(RMSESP)为0.0262;SSR后方法的反射率光谱与真实光谱一致性最好。在糖度预测的过程中,全光谱下ELM模型预测效果最好,预测集决定系数(RP2)和均方根误差(RMSEP)为0.9255和0.003,PLSR次之,RF最差。经过有效波长光谱提取后,预测结果有所提升,其中ELM模型预测结果最好,RP2为0.9609,RMSEP为0.0022,PLSR次之,RF最差。总之,基于Transformer图像SSR完成了苹果糖度的准确检测,提供了低成本高效率HSI图像的获取方式,实现了快速便捷的新型糖度检测,扩展了图像在水果品质分析中的应用场景,为促进智慧农业和食品领域的发展提供了理论依据。 展开更多
关键词 高光谱成像 苹果 图像处理 光谱超分 糖度预测
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基于LIF对水包油型轻质油乳化液的分类识别
11
作者 陈晓玉 宁晓东 +2 位作者 李心怡 杜雅欣 孔德明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3064-3068,共5页
海面溢油是海洋污染的重要形式之一,溢油在风化迁移过程中,形成如水包油,油包水,水包油包水等乳化液,其中水包油类型的乳化液受水分子的影响较大,荧光特性不突出,导致轻质油乳化液分类的困难,因此如何进行高效识别,对污染治理有重要意... 海面溢油是海洋污染的重要形式之一,溢油在风化迁移过程中,形成如水包油,油包水,水包油包水等乳化液,其中水包油类型的乳化液受水分子的影响较大,荧光特性不突出,导致轻质油乳化液分类的困难,因此如何进行高效识别,对污染治理有重要意义。选取常见的几种轻质油分别与海水、乳化剂按照不同配比混合配置水包油类型的轻质油乳化液。采用实验室搭建的便捷激光诱导荧光(LIF)系统探测轻质油乳化液的荧光光谱。构建麻雀搜索算法(SSA)优化支持向量机(SVM)的分类模型(以下简称SSA-SVM),实现乳化阶段溢油的分类识别。采用主成分分析法(PCA)对荧光光谱进行降维,选取累计贡献率为99%的前三个主成分作为输入,轻质油的种类作为输出;采用SSA迭代得到SVM的最优参数,并构建SSA-SVM分类模型;最后将测试集样本代入到模型中进行分类识别,识别准确率为100%。该研究同时构建了粒子群算法(PSO)优化支持向量机模型(简称PSO-SVM)和遗传算法(GA)优化支持向量机模型(简称GA-SVM)作为对照,实验结果表明,SSA-SVM相比PSO-SVM和GA-SVM,测试集的轻质油乳化液分类识别准确率同比提升1.77%和3.04%;并且适应度曲线在第2代就达到最高,优于PSO的第4代和GA的第36代,收敛速度更快。采用激光诱导荧光技术实现了水包油类型的轻质油乳化液的分类识别,推进了海面溢油区域分类探测机理的发展;提出的SSA-SVM模型,为轻质油乳化液的分类识别研究提供了新思路。 展开更多
关键词 激光诱导荧光 麻雀搜索算法 轻质油乳化液 水包油 支持向量机
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紫外吸收光谱结合SPA-ELM算法的水体磷酸根离子检测研究
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作者 郑培超 尹义同 +4 位作者 王金梅 周椿棪 张莉 曾金锐 吕强 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期82-87,共6页
在工业锅炉中随着水蒸气蒸发,大量的钙镁离子留在炉水中,如果不加处理,在水冷管中会形成水垢,造成爆管停炉。为了保障设备的安全运行,消除安全隐患,工业上通过维持水中一定含量的磷酸根离子来去除锅炉中的钙、镁水垢。传统的磷酸根离子... 在工业锅炉中随着水蒸气蒸发,大量的钙镁离子留在炉水中,如果不加处理,在水冷管中会形成水垢,造成爆管停炉。为了保障设备的安全运行,消除安全隐患,工业上通过维持水中一定含量的磷酸根离子来去除锅炉中的钙、镁水垢。传统的磷酸根离子检测技术主要有比色法、分光光度法、色谱法、电位法等,这些方法前期处理步骤较繁琐且耗时较长。光谱法是通过测定物质的吸收光谱并建立和浓度关系的数学模型,对物质浓度定量的一种分析方法。为了满足磷酸根离子快速、实时测量的要求,提出了一种基于紫外吸收光谱结合SPA-ELM算法快速测量磷酸根离子的方法。按照我国《工业锅炉水质GB/T 1576—2018》中所规定的进入热水锅炉前的水质参数要求,配置37份浓度范围在5~100 mg·L^(-1)磷酸根溶液,使用搭建的实验装置,采集紫外吸收光谱。使用SPXY将样品按照7∶3的比例随机划分训练集、测试集;使用Savitzky-Golay(S-G)滤波对数据预处理以提高光谱的信噪比;通过连续投影算法(SPA)压缩光谱数据,筛选出5个与磷酸根强相关的特征波长;使用极限学习机(ELM)将特征波长处的吸光度与样本浓度进行拟合,以决定系数R2和均方根误差RMSE作为模型评价指标,建立磷酸根离子的回归模型。采用所提出的建模方法所建立的模型训练集的R2与RMSE分别为0.9972和1.3015 mg·L^(-1),测试集的R^(2)与RMSE分别为0.9995和0.5174 mg·L^(-1)。为了验证所提出的SPA-ELM预测模型效果,另外建立了LASSO-ELM、PCA-ELM、SPA-PLS和SPA-SVR四种预测模型进行对比。实验结果表明,SPA-ELM建立的预测模型的R2和RMSE均优于其他四种预测模型,说明采用的特征选择方法和回归方法均为最优,能够对磷酸根浓度范围为5~100 mg·L^(-1)的水体进行准确预测,为水中磷酸根离子的检测提供了一种新的解决方法。 展开更多
关键词 磷酸根离子 紫外吸收光谱 连续投影算法 极限学习机
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紧凑型激光诱导击穿光谱仪的研制
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作者 王金梅 刘旭峰 +5 位作者 郑培超 陈光辉 刘少剑 李刚 杨志 孙志诚 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期437-445,共9页
基于煤质分析、冶金、水质检测等众多领域对激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的需求,本研究设计了一台基于激光诱导击穿光谱原理的紧凑型快速检测装置,其具有良好的稳定性和较高的激光能量(0~100 mJ),可进行全自动化谱线对比与筛选,从而实现... 基于煤质分析、冶金、水质检测等众多领域对激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的需求,本研究设计了一台基于激光诱导击穿光谱原理的紧凑型快速检测装置,其具有良好的稳定性和较高的激光能量(0~100 mJ),可进行全自动化谱线对比与筛选,从而实现多样品、多元素的LIBS快速检测。在参数优化的基础上,利用该装置对7个钢样所含的硅元素与碳元素进行了检测分析。实验结果表明,当延迟时间为1μs、离焦量为0 mm、激光能量为60 mJ时,可以获得最佳的硅、碳特征光谱数据。在最优实验条件下,对7个样品进行定量分析,利用内标法建立硅、碳元素的定标拟合曲线,其相关系数分别为0.986和0.999,相对强度比的相对标准误差不超过5%,预测值与实际值偏差较小。研究结果验证了该仪器具有良好的分析性能,对多元素检测、可移动式LIBS仪器的发展具有参考意义。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 紧凑型LIBS光谱仪 定量分析 参数优化
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基于时频域综合分析的无创血糖检测技术研究
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作者 陈剑虹 任军怡 +2 位作者 杨佳 郭亚亚 乔卫东 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期318-324,共7页
无创血糖检测技术是一种间接测量血液中葡萄糖含量的方法,其不损伤人体组织具有安全、快捷、无创的特点,打破了传统血糖检测的局限性,具有重要的研究价值。光电容积脉搏波信号因携带多种生理病理信息,被广泛应用于各种临床研究,也是目... 无创血糖检测技术是一种间接测量血液中葡萄糖含量的方法,其不损伤人体组织具有安全、快捷、无创的特点,打破了传统血糖检测的局限性,具有重要的研究价值。光电容积脉搏波信号因携带多种生理病理信息,被广泛应用于各种临床研究,也是目前实现无创血糖检测技术的重点关注对象。目前基于光电容积脉搏波信号的无创血糖检测研究,仅考虑了时间域或频率域单独作用时对系统建模的贡献。信号的时域分析虽能描述PPG信号幅值随时间的变化,却无法直观反映PPG信号频率的能量分布,因此单一域的信号分析不能全面表达PPG信号,从而导致信息丢失。采用频域分析方法提取信号频谱时,需要利用信号的全部时域信息,是一种全局的变换,可能会造成特定时间或特定频率段内的信号特性丢失。提出了一种基于光电容积脉搏波(PPG)时频域综合分析的无创血糖检测新方法,采用时域-频域并行法综合考量光电容积脉搏波信号与血糖间的联系。以时域分析为基准,利用聚类分析法在PPG信号时域中提取代表波形,分析波形特征点与血糖相关性,确定波形时域特征参数。在此基础上,利用快速傅里叶变换将脉搏波时域信号转换至频率域,采取主成分分析手段研究频谱信息,确立频域特征量。通过口服葡萄糖耐糖实验(OGTT)对获取的波形信号提取时频域特征参数,以实时检测的有创血糖浓度值作为参考,构建基于BP神经网络的无创血糖检测模型,同时为提升模型精度实现模型最优化,应用遗传算法对模型进行二次修正,最终实现模型测试集平均绝对误差(MAE)为1.13 mmol·L^(-1),均方根误差(RMSE)为1.42 mmol·L^(-1)。Parkers共识网络栅格(Parkers CEG)评估结果显示:在A区与B区的预测结果分别占80.3%、19.7%,实验结果表明该方法具有良好的预测精度,为实现日常血糖无创监测可行性提供了理论基础及可靠性依据。有助于完善糖尿病的检测与监测体系,更好地全面判断病情,及时预防、指导、治疗糖尿病。 展开更多
关键词 无创血糖检测 光电容积脉搏波 时频域综合分析 机器学习
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光谱检测技术在毒品侦缉中的应用
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作者 魏春生 李奇峰 +1 位作者 马翔云 杨云鹏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3001-3007,共7页
世界毒品形势日益严峻。不断涌现的新型毒品和更加隐匿的运毒方式给毒品侦缉工作带来了新的挑战。传统的毒品检测方法存在样品预处理过程复杂、检测设备昂贵、难以搬运等问题,无法满足现场快速检测的需求。光谱检测技术凭借检测速度快... 世界毒品形势日益严峻。不断涌现的新型毒品和更加隐匿的运毒方式给毒品侦缉工作带来了新的挑战。传统的毒品检测方法存在样品预处理过程复杂、检测设备昂贵、难以搬运等问题,无法满足现场快速检测的需求。光谱检测技术凭借检测速度快、无需样品预处理、设备体积小等优势正逐步成为毒品侦缉过程中重要技术手段。结合近年来光谱检测技术的研究进展,根据毒品形态综述了几种光谱检测技术在毒品侦缉中的应用。针对海洛因、甲基苯丙胺等常见固态毒品,太赫兹光谱检测和能量色散X射线衍射技术凭借高穿透性、可视化等优势,可以实现对纸张、木头、橡胶等常见藏匿物品中毒品的表征,适用于公共安全检测中毒品的快速筛查;针对毒品溶液和吸毒者体液(尿液、唾液、血液等)中毒品成分的检测,综述了红外光谱检测和表面增强拉曼散射技术最新进展,表面增强拉曼散射由于具有高度特异性的分子指纹图谱和不受水溶液影响的优势,成为液态毒品识别与检测领域研究的热点,该方法有望用于液态毒品的便携式快速检测;针对笑气等气态物质的滥用,总结了多种基于光谱检测技术的痕量气体检测方法,综述了基于量子级联激光器的呼出笑气检测进展,该技术在气态毒品检测领域有着较好的应用前景。 展开更多
关键词 毒品侦缉 光谱检测技术 量子级联激光器
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高气压下三维旋转滑动弧放电光谱特性分析
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作者 张磊 张登成 +3 位作者 于锦禄 赵兵兵 徐哲霖 程伟达 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1571-1577,共7页
为探究气体压力对滑动弧放电稳定性的影响规律,在高气压放电实验平台上,开展了滑动弧放电光谱特性研究。利用发射光谱法对滑动弧放电过程中的激发态物质进行诊断,并对不同气体压力条件下滑动弧放电的电子密度、振动温度、转动温度进行... 为探究气体压力对滑动弧放电稳定性的影响规律,在高气压放电实验平台上,开展了滑动弧放电光谱特性研究。利用发射光谱法对滑动弧放电过程中的激发态物质进行诊断,并对不同气体压力条件下滑动弧放电的电子密度、振动温度、转动温度进行了计算。在滑动弧放电发射光谱中观测到氮气第二正带系N_(2)(C^(3)Π_(u)→B^(3)Π_(g))和氮气第一负带系N^(+)_(2)(B^(2)Σ^(+)_(u)→X^(2)Σ^(+)_(g))的发射谱线,随着气体压力升高,氮气第二正带系谱线发射强度增强,氮气第一负带系的发射强度变化幅度较小。当气体压力超过0.26 MPa之后,在滑动弧放电发射光谱中发现了氮气Gaydon s Green带系507.4 nm的发射谱线,其发射强度为3508.49 arb,随气体压力升高其谱线发射强度无明显变化。利用Stark展宽法对滑动弧放电过程中的电子密度进行了计算,得到电子密度在1023量级,并且随着气体压力的增加,滑动弧放电的电子密度呈线性增加。针对氮气分子第二正带系的5条谱线,采用玻尔兹曼图解法对滑动弧放电的振动温度进行计算,振动温度随气体压力的变化并非单调变化,在0.3 MPa之前振动温度变化幅度较小,气体压力超过0.3 MPa之后振动温度迅速增加。对氮气分子第一负带系390~391.6 nm处的发射谱线进行拟合计算滑动弧放电的转动温度,结果表明在0.24 MPa之前转动温度随气体压力升高变化幅度较大,气体压力超过0.24 MPa之后转动温度增长幅度变小。 展开更多
关键词 滑动弧等离子体 高气压放电 电子密度 振动温度 转动温度
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高压拉曼光谱研究均苯四甲酸二酐
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作者 丛广宇 李东飞 刘嘉睿 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2434-2438,共5页
测量了常温常压下的均苯四甲酸二酐的拉曼光谱,并对所测量的各个拉曼谱线进行归属认证。获得了从常压到24GPa压强条件下的原位拉曼光谱,通过频率-压强关系曲线可以得出该材料在2Gpa存在晶体结构相变,定义了均苯四甲酸二酐在低于2GPa压... 测量了常温常压下的均苯四甲酸二酐的拉曼光谱,并对所测量的各个拉曼谱线进行归属认证。获得了从常压到24GPa压强条件下的原位拉曼光谱,通过频率-压强关系曲线可以得出该材料在2Gpa存在晶体结构相变,定义了均苯四甲酸二酐在低于2GPa压强条件的晶体结构为相Ⅰ,高于2GPa压强条件的晶体结构相为相Ⅱ。在相变前后,绝大多数的拉曼谱线频率-压强曲线斜率变小,说明与相Ⅰ相比,各官能团对压强的敏感程度下降,相Ⅱ的分子晶体具有更紧密的堆积结构。拉曼光谱强度能够给出丰富的材料结构信息,通过对C—O伸缩振动的倍频(常压位于1837cm^(-1))和C=O伸缩振动基频(常压位于1865cm^(-1))的相对拉曼光谱强度随压强的变化规律进行分析,发现两拉曼谱线强度比在2GPa附近存在突变,为均苯四甲酸二酐在2GPa附近发生结构相变提供了实验依据。 展开更多
关键词 拉曼光谱 高压 相变 均苯四甲酸二酐
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水体透射光谱结合主成分分析(PCA)改进化学需氧量(COD)含量估算研究
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作者 王彩玲 位欣欣 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第4期410-417,共8页
为了解决传统的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)测量方法耗时较长,不利于快速、实时地获取水体中COD的信息等问题。通过采集100组COD水体光谱信息,分别使用3种不同的高光谱数据预处理方法对光谱数据进行预处理,并基于不同的预... 为了解决传统的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)测量方法耗时较长,不利于快速、实时地获取水体中COD的信息等问题。通过采集100组COD水体光谱信息,分别使用3种不同的高光谱数据预处理方法对光谱数据进行预处理,并基于不同的预处理方法分别建立高斯过程回归模型(Gaussian Process Regression,GPR)和BP神经网络模型,分析不同预处理方法对模型精度的影响,建立了基于透射光谱测量结合主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)改进水体COD含量估算模型。对各模型结合PCA数据降维方法进行模型的改进,通过比较模型的精度选择最优模型进行水体COD含量的检测。结果显示:相比于原始光谱数据建立的GPR模型和BP神经网络模型,数据预处理后的模型精度明显提升;且结合PCA对预处理后的数据进一步降维处理后,模型精度得到了进一步的提升。其中,基于标准正态变量变换特征结合PCA改进BP神经网络模型R 2高达0.9940,均方根误差RMSE为0.022540。证明了基于PCA数据降维方法对预处理后的光谱数据进行降维处理,有利于去除光谱中的冗余信息,提取特征信息,可以实现COD含量估算模型的优化,从而为传统COD测量方法存在的问题提出了一种新的解决思路。 展开更多
关键词 透射光谱法 COD含量预测 PCA 高斯过程回归 BP神经网络
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偏最小二乘法在激光诱导击穿光谱定量分析中的应用研究
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作者 李宏达 王耀霆 +1 位作者 胡琪昊 王超明 《科学技术创新》 2024年第16期25-29,共5页
介绍了激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术、主元分析(principal component an alysis,PCA)法和偏最小二乘(partial least squares,PLS)法的基本原理。对Pb元素特征谱线附近的36个维度进行主成分信息提取... 介绍了激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术、主元分析(principal component an alysis,PCA)法和偏最小二乘(partial least squares,PLS)法的基本原理。对Pb元素特征谱线附近的36个维度进行主成分信息提取,对36维波长数据压缩到2维后,采用每个样品的20个脉冲的主元分数进行偏最小二乘拟合,对数据进行平均处理后,拟合结果质量较高,拟合系数平方的值从0.49810提高到0.97000;残差平方和从0.72529下降到1.36366*10^(-4)。PCA法可以有效的缩减具有一定相关性的样本数据空间,对于数据维度较大的数据处理能显著提升效率,再结合PLS法拟合压缩后的主元,实验结论得出PLS适合用于LIBS定量分析。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 Pb元素 主元分析 偏最小二乘法
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电化学富集-激光诱导击穿光谱(LIBS)法测定水中铀元素 被引量：3
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作者 杨怡 邱荣 +3 位作者 辜周宇 廖瑞 周强 史晋芳 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期153-161,共9页
为改善激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)检测液体样品时遇到的液体飞溅、等离子体猝灭和稳定性差的问题,结合电化学富集方法,以KCl为电解质,石墨棒为阴极,开展了水中铀(U)元素的LIBS检测研究。选择UⅡ3... 为改善激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)检测液体样品时遇到的液体飞溅、等离子体猝灭和稳定性差的问题,结合电化学富集方法,以KCl为电解质,石墨棒为阴极,开展了水中铀(U)元素的LIBS检测研究。选择UⅡ367.007 nm、UⅡ409.013 nm作为分析对象进行定量分析,着重研究了富集电压、KCl质量浓度、激光脉冲能量、激发方式等对铀元素特征谱线强度的影响规律,并通过扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)对石墨棒表面吸附元素的空间分布进行了分析。结果表明,最佳富集电压为1.6 V,适当的电解质KCl质量浓度可以提高铀元素的富集效率和富集均匀性,提高激光脉冲能量与采用光电双脉冲激发方式能增强铀元素特征谱线的强度并提高信噪比。在光电双脉冲激发下,对水中铀元素进行了定量分析,获得UⅡ367.007 nm、UⅡ409.013 nm的检测下限分别为25.89和15.00μg/L,相关系数均大于0.98。方法可为水体中放射性核素含量调查、生活饮用水铀污染现状以及核工业含铀废水监测等场景提供技术支持。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱技术 铀元素 电化学富集 定量分析
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