检索结果-内蒙古大学图书馆

光谱学与光谱分析 2020年第2期40卷 472-477页

作者：陈颖何磊崔行宁肖春艳张杰张灿杨惠周鑫德李少华燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 河南理工大学资源与环境学院河南焦作454000 河北先河环保科技股份有限公司河北石家庄050000

硝酸盐氮是水环境中监测中重要的污染指标之一,通过紫外吸收光谱可以快速无污染地对该污染物进行检测。针对紫外吸收光谱容易受到浊度干扰的这一情况,通过实验方法分析了福尔马肼浊度标准液对硝酸盐氮标准液的紫外吸收光谱的影响,基于... 详细信息

硝酸盐氮是水环境中监测中重要的污染指标之一,通过紫外吸收光谱可以快速无污染地对该污染物进行检测。针对紫外吸收光谱容易受到浊度干扰的这一情况,通过实验方法分析了福尔马肼浊度标准液对硝酸盐氮标准液的紫外吸收光谱的影响,基于此提出了补偿曲线法的浊度补偿方法对硝酸盐氮的紫外吸收光谱进行补偿校正,并通过实验对该方法进行了验证,验证结果良好。首先,在实验室通过紫外光谱采集测试系统采集了浓度为0.2~10 mg·L-1的12组硝酸盐氮标准液、5~50 NTU的10组福尔马肼浊度液、以及福尔马肼浊度液与硝酸盐氮的混合溶液的紫外吸收光谱。理论上,根据朗伯-比尔定律,混合溶液的吸光度应该等于不同溶质吸光度的叠加,但是通过实验分析,混合溶液在硝酸盐氮的主要吸收谱区的吸光度并不等于硝酸盐氮和浊度吸光度之和,这是因为浊度颗粒打破了硝酸盐氮分子的共面性,造成空间位阻,使共轭体系被破坏,导致硝酸盐氮吸光度降低。因此引入了在0~1之间的补偿系数k N(λ)用来表征浊度对硝酸盐氮吸收谱的影响,当k N(λ)越接近0时,表明浊度在此波长处对硝酸盐氮的吸光度影响越大。根据实验测量的光谱数据求出不同浊度在硝酸盐氮主要吸收谱区的补偿系数,即可得到不同浊度的补偿曲线。通过实验分析,350~400 nm波段的硝酸盐氮吸光度基本为0,混合溶液吸光度只与浊度相关,且两者的吸光度基本相同,因此可以选择此波段的光谱积分来建立浊度回归模型,从而解算混合溶液的浊度值。相比于单个波长的建模回归,该光谱积分回归模型的稳定性好,不容易受到其他因素干扰。浊度解算模型的相关系数r的平方为0.9985,解算效果较好,得到浊度值之后即可进行浊度补偿。通过实验对该补偿方法进行了验证,并与单波长的浊度补偿与未进行补偿时进行了对比。验证结果表明,补偿曲线法进行浊度补偿后,建立偏最小二乘(PLS)算法的硝酸盐氮预测模型,预测均方根误差(RMSEP)为0.124,预测值与真实值的平均绝对误差(MAE)为5.3%,补偿效果很好,其他两种都会发生很大偏差。相比之下,该文提出的浊度补偿方法效果明显优于其他两种,此方法可以为硝酸盐氮紫外吸收光谱的浊度补偿提供有效的技术参考。

关键词：硝酸盐氮紫外光谱补偿系数浊度解算模型偏最小二乘

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三维荧光光谱结合EEMD与SWATLD测定水中多环芳烃

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光谱学与光谱分析 2019年第8期39卷 2595-2601页

作者：张慧张立娟王玉田商凤凯张艳孙洋洋王选瑞王书涛燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 河北环境工程学院河北秦皇岛066102

多环芳烃(PAHs)类物质具有致畸、致癌、致突变的性质,严重污染生态环境,进而对人类的健康及动植物生长造成威胁。 PAHs通过排污、大气沉降、地表径流等各种循环途径进入水环境中,由于种类众多且化学性质相似,常规的检测方法如化学滴定... 详细信息

多环芳烃(PAHs)类物质具有致畸、致癌、致突变的性质,严重污染生态环境,进而对人类的健康及动植物生长造成威胁。 PAHs通过排污、大气沉降、地表径流等各种循环途径进入水环境中,由于种类众多且化学性质相似,常规的检测方法如化学滴定法、电化学法等很难实现快速准确的测定。为实现复杂体系中PAHs的定性与定量,工作中基于三维荧光光谱分析法,结合集合经验模态分解(EEMD)去噪与自加权交替三线性分解(SWATLD)二阶校正,对超纯水以及池塘水环境中的苊(ANA)和萘(NAP)进行分析测定。首先选择合理的浓度配制样本,用FS920荧光光谱仪测得样品的三维荧光光谱,利用空白扣除法将光谱数据中的散射消除,得到真实的光谱数据。然后对去除散射的数据进行EEMD降噪处理,该方法具有自适应性强、参数设置简便的优点,能够去除嘈杂信息,提高数据信噪比,并将去噪参数与快速傅里叶变换、小波滤波和经验模态分解进行比较。最后用SWATLD算法以“数学分离”代替“化学分离”,对超纯水和池塘水环境中光谱重叠的ANA和NAP进行定性识别和定量预测,该算法对组分数的选择不敏感,能够在未知干扰物共存情况下实现多组分目标分析物的同时检测,即具有“二阶优势”,并将预测结果与平行因子分析进行比较。结果表明空白扣除法能够成功将拉曼散射消除。 EEMD降噪方法使ANA和NAP的光谱更加规整平滑,有效信息更加突出,该方法去噪后数据信噪比为16.845 2,均方根误差为11.136 6,波形相似系数为0.990 9,三项指标均优于快速傅里叶变换和经验模态分解等其他去噪方法,能达到小波滤波的去噪效果并且不用设置先验参数。利用SWATLD二阶校正方法得到验证样本中ANA与NAP的分解光谱与实际光谱基本吻合,平均预测回收率分别为96.4%和104.2%,预测均方根误差分别为0.105和0.092 μg·L^-1;在存在未知干扰物的池塘水样本中,分解出的光谱依然能与实际光谱吻合, ANA与NAP两者的平均预测回收率分别为94.8%和105.5%,预测均方根误差分别为0.067和0.169 μg·L^-1;与平行因子分析相比,两项指标均具有优势。

关键词：多环芳烃三维荧光光谱集合经验模态分解自加权交替三线性

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新型复合材料界面粘接缺陷的CT检测及表征

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中国测试 2020年第1期46卷 12-17页

作者：温银堂张松张玉燕高亭亭燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室河北秦皇岛066004

新型陶瓷基复合材料作为一种热防护材料,与基体的粘接层界面容易出现孔洞、夹杂和裂纹等缺陷,严重影响材料的安全使用性能。针对复合材料粘接界面缺陷问题,开展基于工业CT的粘接缺陷检测及量化表征方法研究。对于CT图像,提出一种数学形... 详细信息

新型陶瓷基复合材料作为一种热防护材料,与基体的粘接层界面容易出现孔洞、夹杂和裂纹等缺陷,严重影响材料的安全使用性能。针对复合材料粘接界面缺陷问题,开展基于工业CT的粘接缺陷检测及量化表征方法研究。对于CT图像,提出一种数学形态学和FCM阈值分割相结合的方法,用于提取粘接缺陷的边缘,建立相应的量化指标,并进行表征。实验分析表明,通过与标准缺陷面积的复合材料比较,对被测不规则界面粘接缺陷面积的预测误差在±6%以内。应用工业CT成像方法并结合该文提出的分割算法,能有效、准确地分割和量化粘接层缺陷,满足复合材料构件界面粘接层缺陷准确检测及表征的要求,可为新型陶瓷基复合材料粘接结构构件的可靠性评估提供技术依据。

关键词：新型陶瓷基复合材料数学形态学 CT检测界面粘接缺陷

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改进的FastICA-SVR结合荧光光谱技术测定1-萘酚、2-萘酚

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光谱学与光谱分析 2019年第1期39卷 142-149页

作者：王玉田刘凌妃张立娟张正帅刘婷婷王书涛商凤凯燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 河北环境工程学院河北秦皇岛066102

水作为生命之源与人类的生存息息相关,近年来关于水环境污染的报道越来越多,不容忽视。实验以萘酚的两种同分异构体1-萘酚、2-萘酚的混合物作为研究对象,提出了一种新的算法,通过对混合物的三维荧光光谱进行分析来实现水中萘酚的定性定... 详细信息

水作为生命之源与人类的生存息息相关,近年来关于水环境污染的报道越来越多,不容忽视。实验以萘酚的两种同分异构体1-萘酚、2-萘酚的混合物作为研究对象,提出了一种新的算法,通过对混合物的三维荧光光谱进行分析来实现水中萘酚的定性定量分析。利用FS920稳态荧光光谱仪对配制的混合溶液进行扫描得到荧光光谱数据,并对数据进行一系列的预处理去除拉曼散射和瑞利散射的影响。将解决盲源分离(BSS)问题的独立成分分析(ICA)算法应用到荧光光谱定性定量分析问题当中,盲源分离技术就是将测量得到的混合信号作为处理对象进行分解,实现未知系统中源信号的求解,并得到混合矩阵。对混合物中单一物质的识别与测量与盲源分离问题类似。采用基于负熵最大的快速独立成分分析(FastICA)算法对实验数据进行分解,将所有样本的三维荧光光谱数据沿发射波长方向展开成为向量,得到一个大小为(N×M)的矩阵(N为样本数,M为波长数),将该矩阵作为快速独立成分分析的输入进行独立分量提取,输出分别为单组分物质的展开荧光光谱和混合矩阵。FastICA算法的关键是利用牛顿迭代算法得到解混矩阵,但迭代过程中复杂的求导问题会使计算量增大、迭代速度减慢,针对该算法存在的问题,提出用差分法(又称为双点弦截法)代替求导的解决方法。为了验证算法的可行性,用改进后的算法和原有算法分别对荧光光谱数据进行了五次独立分量提取实验,原有算法平均运行时间为17.78s,而改进后的算法平均运行时间为3.22s,比原有算法提高了14.56s,有效地减少了计算量,改善了FastICA算法的迭代速度并且使其收敛性更加稳定。通过实验结果可以看出改进后的算法得到的光谱更接近真实的光谱。利用快速独立成分分析算法分解得到的混合矩阵与物质浓度相关,这是物质定量分析的依据,但它们之间的关系可能是非线性的,采用能实现非线性拟合的支持向量回归机(SVR)进行回归预测,将混合矩阵和实际浓度矩阵分别作为SVR的输入和输出,利用遗传算法(GA)对支持向量回归机的参数进行优化选择,并选择径向基核函数(RBF函数)作为SVR的核函数,建立回归模型,实现对荧光光谱的定量分析。1-萘酚的拟合相关系数(r)为0.998 6,样品回收率(Recovery rate)为96.75%～104.2%,预测均方根误差(RMSEP)为0.119μg·L^(-1);2-萘酚的拟合相关系数为0.998 8,样品回收率为96.8%～105.5%,预测均方根误差为0.1μg·L^(-1),预测结果比较令人满意,符合预测要求。实验证明改进的基于负熵最大的FastICA-SVR算法能实现对混合物中1-萘酚、2-萘酚准确有效的识别和测量,并且改进之后加快了算法的分解速度。

关键词：萘酚光谱分解独立成分分析支持向量回归机样品回收率

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基于HVD边际谱熵相对曲率的钢结构损伤识别方法研究

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现代制造工程 2020年第12期 136-142页

作者：时培明殷晓迪韩东颖罗皓燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院秦皇岛066004 燕山大学车辆与能源学院秦皇岛066004

为了解决钢结构损伤识别问题,基于希尔伯特振动分解(Hilbert Vibration Decomposition,HVD)算法,根据钢结构的低阶振动信息,提出一种基于HVD边际谱熵相对曲率的损伤识别方法。首先依据HVD理论,对采集的振动信号进行处理并计算其HVD边际... 详细信息

为了解决钢结构损伤识别问题,基于希尔伯特振动分解(Hilbert Vibration Decomposition,HVD)算法,根据钢结构的低阶振动信息,提出一种基于HVD边际谱熵相对曲率的损伤识别方法。首先依据HVD理论,对采集的振动信号进行处理并计算其HVD边际谱幅值;然后结合钢结构特点分析各节点间HVD边际谱熵及其相对曲率的计算过程;与此同时,根据钢结构损伤工况,利用相对曲率进行损伤仿真计算和基于ZJ70型钢结构的模拟实验分析。结果表明:利用该方法识别钢结构的损伤位置简单易行,能够准确判断损伤单元的位置。

关键词：计量学 HVD 边际谱熵相对曲率损伤识别钢结构

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基于信号稀疏表示和瞬态冲击信号多特征提取的滚动轴承故障诊断

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计量学报 2019年第5期40卷 855-860页

作者：孟宗殷娜李晶燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室

在滚动轴承故障信号特征分析中,针对瞬态冲击信号稀疏表示和特征提取问题,提出一种基于IChirplet原子的故障信号多重特征提取方法。在分析故障信号特点的基础上,构建IChirplet原子库,利用优化的OMP算法进行原子寻优,然后提取IChirplet... 详细信息

在滚动轴承故障信号特征分析中,针对瞬态冲击信号稀疏表示和特征提取问题,提出一种基于IChirplet原子的故障信号多重特征提取方法。在分析故障信号特点的基础上,构建IChirplet原子库,利用优化的OMP算法进行原子寻优,然后提取IChirplet原子的时频参数和重构信号的敏感特征作为特征参量,通过PSO_SVM实现故障分类。实验证明IChirplet原子与滚动轴承故障信号有较好的匹配性,且多重特征的提取能够有效表征故障信息,更准确地判断轴承故障类型。

关键词：计量学滚动轴承故障诊断稀疏分解 IChirplet原子多重特征提取

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基于一维卷积神经网络的雌激素粉末拉曼光谱定性分类

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光谱学与光谱分析 2019年第12期39卷 3755-3760页

作者：赵勇荣康谈爱玲燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004

拉曼光谱物质定性鉴别已被广泛应用于诸多行业和研究领域,但传统拉曼光谱分析过程中的预处理主要依赖人为经验,光谱特征提取虽然能够降低信号维度,同时也会造成部分光谱信息损失。特性相近物质本身光谱相似度较高,受到测量过程中环境干... 详细信息

拉曼光谱物质定性鉴别已被广泛应用于诸多行业和研究领域,但传统拉曼光谱分析过程中的预处理主要依赖人为经验,光谱特征提取虽然能够降低信号维度,同时也会造成部分光谱信息损失。特性相近物质本身光谱相似度较高,受到测量过程中环境干扰和分析过程中多种误差影响,导致最终分类效果并不理想。针对此问题,提出基于一维卷积神经网络(one-dimensional convolution neural network,1D-CNN)的拉曼光谱定性分类方法。实验采集雌酮(Estrone)、雌二醇(Estradiol),雌三醇(Estriol)三种不同雌性激素粉末的拉曼光谱,设计随机平移、添加噪声和随机加权三种光谱数据增强方法,构建数量充足的拉曼光谱数据库用于神经网络模型训练与测试;基于拉曼光谱数据特点提出一维卷积神经网络分类模型,将光谱预处理、特征提取和定性分类的全过程融为一体。通过大量仿真实验,优化所提出的神经网络模型超参数和训练过程并测试分类效果,从预处理对光谱分类结果的影响和模型抗干扰性能两个方面与多种传统拉曼光谱分类算法对比,评价模型性能。实验结果表明,本文提出的一维卷积神经网络模型可实现三类雌性激素粉末拉曼光谱快速准确分类,分类正确率最高可达98.26%,分析过程中无需光谱预处理和特征提取步骤,简化了光谱分析流程,并能保留更多有效信息。同时,当模拟测量噪声强度达到60 dBW时,传统方法分类正确率均明显出现不同程度明显降低,卷积神经网络模型依然能够取得96.81%的分类正确率,说明相比对传统拉曼光谱分类方法,所提出方法受光谱测量噪声影响更小,鲁棒性更强,适用于分析更复杂现场测量的强噪声拉曼光谱信号。该研究结果表明深度学习方法在拉曼光谱的分析与处理领域具有很大的应用潜力和研究价值。

关键词：拉曼光谱深度学习一维卷积神经网络雌性激素定性分类

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基于群智能优化算法的医学图像分割综述

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高技术通讯 2019年第5期29卷 512-522页

作者：陈华杨帆刘刚燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004

医学图像是医学影像的分析基础,而分割问题是研究的关键步骤。随着智能技术的快速发展,越来越多的人将智能优化算法应用到医学图像分割中,其中群智能优化算法是当今热门的研究课题。群智能优化算法是指人类参考群体生活的昆虫、动物的... 详细信息

医学图像是医学影像的分析基础,而分割问题是研究的关键步骤。随着智能技术的快速发展,越来越多的人将智能优化算法应用到医学图像分割中,其中群智能优化算法是当今热门的研究课题。群智能优化算法是指人类参考群体生活的昆虫、动物的复杂社会行为而提出的模拟生物系统中群体生活习性的一种新算法。本文主要介绍了包括粒子群算法(PSO)、萤火虫算法(FA)、布谷鸟搜索算法(CS)、蝙蝠算法(BA)在内的几种优化算法及其改进之后在医学图像分割等方面的应用,为学者今后的交流与研究提供参考。

关键词：医学图像分割群智能优化粒子群算法(PSO) 萤火虫算法(FA) 布谷鸟搜索算法(CS) 蝙蝠算法(BA)

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BP神经网络结合ATLD与三维荧光光谱法测量水中多环芳烃

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光谱学与光谱分析 2019年第11期39卷 3420-3425页

作者：王玉田张艳商凤凯张靖卓张慧孙洋洋王选瑞王书涛燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 天津做票君机器人科技有限公司天津300450

多环芳烃(PAHs)是煤,石油,木材,烟草等燃料和有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的一种持久性有机污染物。迄今已发现有200多种PAHs,其中有多种PAHs具有致癌性。PAHs广泛分布于我们生活的环境中,水中的PAHs主要来源于生活污水,... 详细信息

多环芳烃(PAHs)是煤,石油,木材,烟草等燃料和有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的一种持久性有机污染物。迄今已发现有200多种PAHs,其中有多种PAHs具有致癌性。PAHs广泛分布于我们生活的环境中,水中的PAHs主要来源于生活污水,工业排水和大气沉降。使用三维荧光光谱法,结合BP神经网络与交替三线性分解(ATLD)算法对水中的PAHs进行定性和定量分析。以苊(ANA)和芴(FLU)2种PAHs为目标分析物,用甲醇(光谱级)制备样本。使用FS920稳态荧光光谱仪对样本进行检测,设置激发波长为200~370nm,间隔10nm记录一个数据;发射波长为240~390nm,间隔2nm记录一个数据。设置初始发射波长总是滞后激发波长40nm,以消除一级瑞利散射的干扰。随后使用BP神经网络法对待测样本数据进行预处理。利用BP神经网络基于误差反向传播算法(error back propagation training,BP)原理,对测得的三维荧光数据进行数据压缩处理,该方法具有柔性的网络结构与很强的非线性映射能力,网络的输入层、隐含层和输出层的神经元个数可根据实际情况设定,并且网络的结构不同时,性能也有所差异。随后,用ATLD算法分解预处理后的三维荧光光谱数据。采用核一致诊断法确定待测样本的组分数为2。结果表明,ATLD算法分解得到两种PAHs(ANA和FLU)的激发、发射光谱图与目标光谱非常相似,能实现光谱重叠严重的PAHs(ANA和FLU)的快速定性和定量分析,实现了以“数学分离”代替“化学分离”。将预测样本导入训练好的BP神经网络中,得到处理后待测样本数据的网络均方差(MSE)均小于0.003,网络的峰值信噪比(PSNR)均大于120dB(数据压缩中典型的峰值信噪比值在30~40dB之间,越高越好),可见BP神经网络对样本数据的压缩效果较好。BP神经网络训练后,得到输出值与目标值之间的拟合度高,拟合系数达0.998,具有较好的数据压缩效果。使用ATLD算法对待测样本进行分解后得到平均回收率为97.1%和98.9%,预测均方根误差为0.081 8和0.098 5μg·L^-1。三维荧光光谱结合BP神经网络和ATLD能够实现痕量PAHs的快速检测。

关键词：三维荧光光谱交替三线性分解 BP神经网络多环芳烃

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激发-发射荧光矩阵结合二阶校正方法检测湖水中多环芳烃

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光学精密工程 2019年第10期27卷 2089-2096页

作者：王忠东王玉田广西科技师范学院广西来宾533000 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

多环芳烃广泛存在于大气、土壤和水环境中,对动植物和人类有着严重危害。为了快速检测水环境中的痕量多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs),本文提出利用激发-发射荧光矩阵结合自加权交替归一残差拟合算法(Self-Weighted Al... 详细信息

多环芳烃广泛存在于大气、土壤和水环境中,对动植物和人类有着严重危害。为了快速检测水环境中的痕量多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs),本文提出利用激发-发射荧光矩阵结合自加权交替归一残差拟合算法(Self-Weighted Alternating Normalized Residual Fitting Algorithm,SWANRF)检测湖水中的菲、蒽和荧蒽。与自加权交替三线性分解方法相比,SWANRF能够给出更满意的浓度预测结果,菲、蒽和荧蒽的平均回收率分别为(99.2±7.2)%,(101.7±7.7)%和(97.9±5.1)%;菲、蒽和荧蒽的预测均方根误差值分别为0.240,0.249和0.247μg/L。实验结果表明,文章提出的方法能够实现未知干扰物共存的湖水中痕量多环芳烃的快速检测,且方法可靠。

关键词：激发-发射荧光矩阵二阶校正自加权交替归一残差拟合多环芳烃

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