检索结果-内蒙古大学图书馆

基于ARM的光纤光栅传感信号解调系统的研究

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光学与光电技术 2009年第6期7卷 7-10页

作者：张颖夏秀君张春丽燕山大学测试计量技术及仪器省重点实验室河北秦皇岛066004

提出了一种以ARM芯片S3C44B0X为核心,采用可调谐光纤F-P滤波器的光纤光栅解调方案。详细介绍了解调原理、系统的软硬件设计以及相关信号的数据处理。实验结果显示设计的系统灵敏度高、解调速度快、成本较低。

关键词： FBG解调系统嵌入式系统可调谐F—P滤波器法 S3C44B0X芯片

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基于NMF-PLS对含水量影响下土壤重金属含量反演模型研究

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光谱学与光谱分析 2021年第1期41卷 271-277页

作者：吴希军张杰肖春艳赵学亮李康庞丽丽史彦新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 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心自然资源部地质环境监测工程技术创新中心河北保定071051 河北先河环保科技股份有限公司河北石家庄050000

土壤中过高的重金属含量危害巨大,不仅造成了严重的环境污染,而且通过食物链进入人体对人体健康造成严重威胁,所以对重金属检测十分重要。X射线荧光光谱法具有检测时间短、无损检测、检测成本低等特点被广泛使用,然而检测的光谱数据因... 详细信息

土壤中过高的重金属含量危害巨大,不仅造成了严重的环境污染,而且通过食物链进入人体对人体健康造成严重威胁,所以对重金属检测十分重要。X射线荧光光谱法具有检测时间短、无损检测、检测成本低等特点被广泛使用,然而检测的光谱数据因受到土壤含水量因素的严重干扰,导致直接对土壤重金属含量估算精度较低。以河北省保定市满城区土样为研究对象,对采集的土样进行除杂、过筛、烘干后加入一定量重金属溶液制备不同含水量不同重金属的样本进行检测。对实验中异常数据计算了马氏距离和进行NJW聚类予以剔除,分析了土壤含水量对土壤重金属光谱的影响,结果表明不同含水量间光谱重复性差,随着土壤含水量的增加光谱强度呈非线性降低。采用Savitzky-Golay卷积平滑去噪法和线性本底法对光谱进行预处理,以解决因环境、仪器本身带来的噪声和基线漂移等问题。然后针对于土壤含水量这一主要干扰,采用非负矩阵分解算法进行处理,并使用峰值信噪比这一评价模型确定端元数目,结果表明当端元数目增至10时峰值信噪比趋于稳定波动很小,非负矩阵分解处理后相同重金属含量不同含水量间光谱重复性好、相似性好,并计算了光谱间的相关系数进一步证明了光谱间的相似性。去除含水量对于光谱干扰后建立了偏最小二乘法预测模型,为了验证预测模型的精度,建立了未去除含水量的偏最小二乘法预测模型和使用外部参数正交化法去除含水量建立的偏最小二乘法预测模型,并使用评价参数决定系数(R^2)、交叉验证均方根误差(RMSECV)、平均绝对误差(MAE)和相对分析误差(RPD)进行评价。验证结果表明,相比较未去除含水量建立的模型,使用非负矩阵分解去除含水量建立的偏最小二乘法模型R^2和RPD分别提高了0.0197和1.0292,RMSECV和MAE分别降低了2.3863和1.4396;相对于外部参数正交化法建立的偏最小二乘法模型,R^2和RPD分别提高了0.0099和0.1081,RMSECV和MAE分别降低了0.2447和0.3566,说明了经过非负矩阵分解去噪后建立的模型有效提高了预测的精度和鲁棒性。非负矩阵分解可以有效消除土壤含水量对光谱的影响,在此基础上建立的偏最小二乘法模型实现了土壤重金属含量的反演,为重金属定量检测提供了一定的技术支持。

关键词：土壤重金属 X射线荧光光谱非负矩阵分解偏最小二乘法

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基于麻雀搜索算法的土壤重金属X射线荧光光谱重叠峰解析

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光谱学与光谱分析 2021年第7期41卷 2175-2180页

作者：陈颖刘峥莹肖春艳赵学亮李康庞丽丽史彦新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 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心自然资源部地质环境监测工程技术创新中心河北保定071051 河北先河环保科技股份有限公司河北石家庄050000

近年来随着土壤重金属污染的加剧,和人们环境意识的逐渐提高,科研人员对快速检测土壤重金属含量方法的研究正在不断深化。目前,X射线荧光分析法(XRF)是广泛应用于土壤重金属污染检测的方法。但由于X射线荧光光谱仪的能量分辨率有限,而... 详细信息

近年来随着土壤重金属污染的加剧,和人们环境意识的逐渐提高,科研人员对快速检测土壤重金属含量方法的研究正在不断深化。目前,X射线荧光分析法(XRF)是广泛应用于土壤重金属污染检测的方法。但由于X射线荧光光谱仪的能量分辨率有限,而一些重金属元素的荧光产额较低,一些元素的相邻谱峰出现了重叠现象。针对XRF法中元素相邻谱峰的重叠问题,提出了一种基于麻雀搜索算法(SSA)的光谱重叠峰解析方法。首先,将从河北保定地区采样得到的土壤,制备出不同含水率、不同重金属元素含量的样本并用X射线荧光光谱仪获取原始光谱数据。接着,对光谱数据进行预处理,采用谱聚类算法剔除异常光谱样本,采用Savitzky-Golay五点二次去噪法和线性本底法完成对光谱的去噪和本底扣除,并对光谱净计数用随机数法生成大量模拟光谱数据,以备后续算法使用。然后,用期望最大化法(EM)对重叠峰进行初步解析,首先设置EM算法的初始参数,并将生成的模拟光谱数据代入EM算法,当达到迭代次数时,即可初步得到高斯混合模型(GMM)中各高斯峰的期望、方差和权重参数。但由于EM算法容易受初始参数设置的影响,且易陷入局部最优而导致结果不准确,还需对EM算法进一步优化。本研究采用SSA对GMM的各参数进行全局优化,在设置SSA算法的基本参数后,将100组由EM算法得到的参数作为该算法的初始种群,并设置合适的适应度函数,通过迭代,最终得到全局最优参数,实现了重叠峰的分解。SSA受参数设置的影响较小,相比于一些传统的优化算法,如遗传算法(GA)、蚁群算法(ACO)、粒子群算法(PSO)等,具有收敛速度快、不易陷入局部最优的特点,因此,采用此算法,可以达到较好的优化效果。通过对重叠峰解析结果的分析表明,该算法可在较少的迭代次数下得到较准确的解析结果,可广泛应用于能谱重叠峰解析。

关键词： X射线荧光分析法高斯混合模型期望最大化法麻雀搜索算法重叠峰解析

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Lab VIEW实现光纤光栅传感干涉解调技术的研究

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光电技术应用 2008年第5期23卷 36-38,74页

作者：张颖张春丽夏秀君燕山大学测试计量技术与仪器河北省重点实验室河北秦皇岛066000

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被... 详细信息

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.该干涉解调系统避开了传统解调系统受电磁干扰和环境等方面的影响,因此使得测量精度有了很大的提高.虚拟仪器系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点.

关键词： FBG光纤光栅迈克尔逊干涉解调技术相位测量 Lab VIEW 频谱分析法

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基于GMM-ICSA的光谱重叠峰分解研究

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计量学报 2021年第10期42卷 1386-1392页

作者：朱丹丹孙世成杨惠张灿朱奇光李康史彦新陈颖燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及其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器重点实验室河北秦皇岛066004 自然资源部水文地质环境地质调查中心地质环境监测工程技术创新中心河北保定071051

针对X射线荧光光谱法(XRF)中Pb元素和As元素的重叠峰导致的元素浓度建模困难、乌鸦搜索算法(CSA)鲁棒性较弱等问题,将高斯混合模型(GMM)与改进型乌鸦算法(ICSA)相结合来实现重叠峰的分解。ICSA相比于CSA的改进主要有:引入了"乌鸦反... 详细信息

针对X射线荧光光谱法(XRF)中Pb元素和As元素的重叠峰导致的元素浓度建模困难、乌鸦搜索算法(CSA)鲁棒性较弱等问题,将高斯混合模型(GMM)与改进型乌鸦算法(ICSA)相结合来实现重叠峰的分解。ICSA相比于CSA的改进主要有:引入了"乌鸦反哺"的特性,将GMM与ICSA更好的衔接在一起;将固定的意识概率更改为梯度型,使种群迭代更有多样性;适当调整了全局的优化策略,使算法更稳定收敛更快。将GMM模型与GMM-ICSA模型作对比实验,可得优化后的模型分解精度提升了4.93%;同时以均方误差和迭代时间为衡量搜索算法的标准,将ICSA与同类型的4种算法做了对比实验得出:CSA的均方误差和迭代时间均优于其他算法,从而表明改进后的算法能处理重叠峰问题的可行性。

关键词：计量学光谱重叠峰 X射线荧光光谱法改进型CSA 高斯混合模型元素浓度

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雷达图表示与相似度计算相结合的麻黄品种鉴别方法

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高技术通讯 2014年第6期24卷 657-660页

作者：崔建新崔建凤洪文学高海波河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004 秦皇岛职业技术学院旅游系秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院秦皇岛066004 中国中医科学院针灸研究所北京100000

将指纹图谱技术用于中药麻黄的鉴别,提出了指纹图谱雷达图表示与相似度计算相结合的麻黄品种鉴别分析方法。该方法首先对麻黄样品的HPLC指纹图谱的峰面积分别进行相似度计算和雷达图表示,然后对雷达图进行重心图特征提取,最终得到用于... 详细信息

将指纹图谱技术用于中药麻黄的鉴别,提出了指纹图谱雷达图表示与相似度计算相结合的麻黄品种鉴别分析方法。该方法首先对麻黄样品的HPLC指纹图谱的峰面积分别进行相似度计算和雷达图表示,然后对雷达图进行重心图特征提取,最终得到用于分类比较的雷达图特征,最后结合雷达图特征与相似度特征对麻黄品种进行鉴别。实验结果显示该方法鉴别准确率明显高于只采用相似度模式特征的鉴别,且综合特征的最高分类准确率达98.25%,表明雷达图表示与相似度特征相结合的方法是一种可行的麻黄品种鉴别方法。

关键词：麻黄 HPLC指纹图谱雷达图相似度图特征

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基于多参数距离融合聚类原理建立中药标准指纹图谱的研究

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高技术通讯 2014年第1期24卷 99-103页

作者：崔建新崔建凤洪文学高海波燕山大学电气工程学院秦皇岛066004 河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004 秦皇岛职业技术学院旅游系秦皇岛066004 中国中医科学院针灸研究所北京100700

分析了中药标准指纹图谱的传统构建方法,针对传统方法建立的中药标准指纹图谱在中药质量鉴别及评价上的局限性,进行了标准指纹图谱建立方法研究,提出了基于多参数距离融合聚类原理建立中药标准指纹图谱的方法。该方法通过计算中药多维... 详细信息

分析了中药标准指纹图谱的传统构建方法,针对传统方法建立的中药标准指纹图谱在中药质量鉴别及评价上的局限性,进行了标准指纹图谱建立方法研究,提出了基于多参数距离融合聚类原理建立中药标准指纹图谱的方法。该方法通过计算中药多维多息图谱数据的各维特征聚类规则并融合在一起获得中药标准指纹图谱,实现了多种图谱信息的融合。采用黄芩数据进行了实验,实验结果显示依据聚类原理构建的中药标准指纹图谱更利于中药的分类。该方法是一种可行的中药标准指纹图谱构建方法。

关键词：中药指纹图谱聚类分析信息融合可视化

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基于多元数据图表示的可视化模式识别

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微计算机信息 2010年第4期26卷 38-40页

作者：高海波徐永红洪文学崔建新燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004 河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

现代统计模式识别以数据满足一定的统计分布规律(一般为正态分布)为前提。然而现实问题研究中存在大量不满足任何已知统计模型的情况,同时也有很多小样本情况,以上显然不适合统计方法。本文提出对非高斯信息进行基于多元数据多元图表示... 详细信息

现代统计模式识别以数据满足一定的统计分布规律(一般为正态分布)为前提。然而现实问题研究中存在大量不满足任何已知统计模型的情况,同时也有很多小样本情况,以上显然不适合统计方法。本文提出对非高斯信息进行基于多元数据多元图表示原理的可视化模式识别方法,并通过算法实现多元数据多元图分析过程的客观化和自动化,最后基于UCI数据对该方法进行了数据实验。

关键词：模式识别多元可视化多元图表示非高斯类间重叠系数

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基于多元数据图表示的广义统计模式识别

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微计算机信息 2009年第7期25卷 267-269页

作者：高海波徐永红洪文学崔建新燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004 河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

现代统计模式识别方法以数据满足一定的统计分布规律为前提,然而现实问题研究中存在大量分布不理想或小样本情况。基于多元图表示的广义统计模式识别提出基于类别样本统计分布特性分析来选择狭义统计或非统计方法,它主张统计学方法在模... 详细信息

现代统计模式识别方法以数据满足一定的统计分布规律为前提,然而现实问题研究中存在大量分布不理想或小样本情况。基于多元图表示的广义统计模式识别提出基于类别样本统计分布特性分析来选择狭义统计或非统计方法,它主张统计学方法在模式识别领域的科学运用。首先介绍了广义统计模式识别概念,然后基于人工构造数据集对该方法进行了数据仿真实验,结果显示,类别样本统计分布特性差异对分类方法选择具有显著影响。

关键词：模式识别广义统计多元可视化正态分布有限正态混合模型

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基于XRF-CNN土壤重金属Zn元素含量预测模型研究

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光谱学与光谱分析 2021年第3期41卷 880-885页

作者：陈颖杨惠肖春艳赵学亮李康庞丽丽史彦新刘峥莹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 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心自然资源部地质环境监测工程技术创新中心河北保定071051 河北先河环保科技股份有限公司河北石家庄050035

结合X射线荧光光谱法,针对土壤中重金属元素Zn含量的预测问题,提出基于深度卷积神经网络回归预测模型。对原始土壤进行相关预处理,用粉末压片法制作土壤压片,采用X射线荧光光谱法(X-Ray-fluorescence,XRF)获取土壤光谱,相比于传统检测方... 详细信息

结合X射线荧光光谱法,针对土壤中重金属元素Zn含量的预测问题,提出基于深度卷积神经网络回归预测模型。对原始土壤进行相关预处理,用粉末压片法制作土壤压片,采用X射线荧光光谱法(X-Ray-fluorescence,XRF)获取土壤光谱,相比于传统检测方式,XR F法具有检测速度快、精度高、操作简单、不破坏样品属性并且可实现多种重金属元素同时检测等优点,故将XRF与深度卷积神经网络相结合,实现对土壤中重金属Zn元素含量的精确预测。采用箱型图来剔除X射线荧光光谱中的异常数据,采用熵权法结合多元散射校正来对样品盒数据进行校正,采用Savitzky-Golay平滑去噪法以及线性本底法对光谱数据进行预处理,可以有效地解决由外界环境和人为因素产生的噪声及基线漂移等问题。针对卷积神经网络结构的特殊性,将获取的一维光谱数据向量,采用构建光谱数据矩阵的方式来进行处理,将同一浓度、同一含水率下5组平行光谱数据向量转化为二维光谱信息矩阵,以该矩阵作为深度卷积神经网络预测模型的输入,以适应卷积层的操作要求,利用深度卷积神经网络特殊的结构模式,能有效提取土壤光谱数据特征,提高了深度卷积神经网络预测模型的学习能力,降低模型的训练难度。深度卷积神经网络预测模型采用3层卷积层搭建,使用ReLU激活函数激活,采用最大池化方式,减少数据的维度,增加Dropout层,防止过拟合,使用ADAM优化器对预测模型进行优化。实验以平均相对误差(mean rel ative error,MRE)、损失函数(LOSS)、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)确定了模型的最优学习率为10^(-3)以及最优迭代次数为3000,并将深度卷积神经网络预测模型与BP预测模型、ELM预测模型、PLS预测模型进行对比,以均方误差(mean square error,MSE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、以及拟合系数R^(2)来分析比较预测模型的好坏,结果表明,基于深度卷积神经网络预测模型在对土壤中重金属Zn元素含量预测方面优于BP,ELM,PLS三种预测模型,提高了预测精度。

关键词：土壤重金属 X射线荧光光谱光谱信息矩阵深度卷积神经网络

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