检索结果-内蒙古大学图书馆

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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基于GWO-SVR的土壤镉元素含量含水率校正预测模型研究

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光学学报 2020年第10期40卷 174-181页

作者：陈颖张灿肖春艳赵学亮史彦新杨惠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

针对土壤含水率对X射线荧光光谱(XRF)法检测结果存在严重干扰的问题,提出了一种基于灰狼优化(GWO)算法的支持向量回归(SVR)校正预测模型。完成光谱数据预处理之后,基于GWO-SVR建立净峰面积、含水率与镉元素含量之间的定量分析模型,并将G... 详细信息

针对土壤含水率对X射线荧光光谱(XRF)法检测结果存在严重干扰的问题,提出了一种基于灰狼优化(GWO)算法的支持向量回归(SVR)校正预测模型。完成光谱数据预处理之后,基于GWO-SVR建立净峰面积、含水率与镉元素含量之间的定量分析模型,并将GWO-SVR模型与其他模型对比。结果表明:SVR非线性模型比线性回归模型有更好的决定系数、更小的误差,在GWO下,各个模型指标均得到提升;与其他优化算法相比,GWO-SVR迭代次数更少,拟合效果更好,预测误差更小。所提模型也可为土壤中其他重金属含量的预测及含水率校正提供有效的参考。

关键词：光谱学 X射线荧光光谱含水率补偿灰狼优化算法支持向量回归

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GD01-006基于DFBLD光源的甲烷检测系统研究

GD01-006基于DFBLD光源的甲烷检测系统研究

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第10届全国光电技术学术交流会

作者：王书涛李梅梅张鹏伟程鹏飞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秦皇岛 066004

根据甲烷在特征吸收波长下其光的吸收随浓度变化的机理,通过对光谱的分析,建立了以DFBLD为光源,GRIN气室为敏感元件,InGaAsPIN为光信号探测器及应用以锁相放大器进行微弱信号处理的光源调制甲烷检测系统。最后结合实验设备利用研制的DF... 详细信息

根据甲烷在特征吸收波长下其光的吸收随浓度变化的机理,通过对光谱的分析,建立了以DFBLD为光源,GRIN气室为敏感元件,InGaAsPIN为光信号探测器及应用以锁相放大器进行微弱信号处理的光源调制甲烷检测系统。最后结合实验设备利用研制的DFBLD为光源的实验样机对甲烷气体的浓度进行了检测,并对实验数据进行了分析。实验结果及数据分析验证了光纤气体传感检测系统设计方案的可行性和正确性。

关键词： DFBLD光源甲烷 GRIN气室光源调制

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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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基于实值Gabor变换与信息熵结合的掌纹识别

基于实值Gabor变换与信息熵结合的掌纹识别

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第六届全国信息获取与处理学术会议

作者：张淑清苏利利刘松岩孙凌云燕山大学电气工程学院测试计量技术及仪器河北省重点实验室

阐述出一种Gabor变换与信息熵结合的算法。对剪切后的掌纹图像样本做实数形式Gabor变换,得到时间(空间)-频率域的实数形式Gabor变换系数。然后与信息熵结合,提取每个块的信息熵为特征向量。在算法上实现完全实数运算,大大降低了算法的... 详细信息

阐述出一种Gabor变换与信息熵结合的算法。对剪切后的掌纹图像样本做实数形式Gabor变换,得到时间(空间)-频率域的实数形式Gabor变换系数。然后与信息熵结合,提取每个块的信息熵为特征向量。在算法上实现完全实数运算,大大降低了算法的复杂性。不仅可以对低分辨率的图像提取有效的特征量,而且对恶劣条件下采集的图像样本,也能做出准确有效的识别。而且达到了高效稳定的识别效果。试验验证了结果的有效性。

关键词：掌纹识别实值Gabor变换信息熵能谱熵

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基于多尺度传递熵的脑肌电信号耦合分析

基于多尺度传递熵的脑肌电信号耦合分析

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2015年中国生物医学工程联合学术年会

作者：陈晓玲杨芳梅谢平杜义浩吴晓光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

为定量研究脑电和肌电信号在不同时间尺度上的同步耦合特征,本文提出多尺度传递熵方法实现静态握力输出下的脑肌电耦合分析:对脑电信号(EEG)和肌电信号(EMG)进行多尺度化,计算不同尺度因子下EEG与EMG间的传递熵值,获取不同耦合方向(EEG... 详细信息

为定量研究脑电和肌电信号在不同时间尺度上的同步耦合特征,本文提出多尺度传递熵方法实现静态握力输出下的脑肌电耦合分析:对脑电信号(EEG)和肌电信号(EMG)进行多尺度化,计算不同尺度因子下EEG与EMG间的传递熵值,获取不同耦合方向(EEG→EMG及EMG→EEG)上的非线性脑肌电耦合特征;进一步计算功能频段下的显著性面积指标,定量分析不同尺度下皮层肌肉功能耦合强度差异.结果显示,静态握力输出时beta频段(15-35Hz)皮层肌肉功能耦合特征显著,且beta2频段(25-35Hz)在不同尺度上EEG→EMG方向的耦合强度大于EMG→EEG方向,耦合强度最大值出现于较高时间尺度.可利用多尺度传递熵定量刻画大脑皮层与肌肉之间的非线性同步特征及功能联系.

关键词：脑电信号肌电信号功能耦合多尺度传递熵

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小波包分析在齿轮故障诊断中的应用

小波包分析在齿轮故障诊断中的应用

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第六届全国信息获取与处理学术会议

作者：张立国张生谷建平康科燕山大学电气工程学院测试计量技术及仪器河北省重点实验室

论文给出小波包分析的概念及小波包分解和重构的Mallat算法,分析了齿轮故障振动信号的特征。利用小波包分析的多分辨率特性和时频局部化特性,有效地提取出齿轮故障特征信号,得到实验结果,并将小波包分解重构应用在齿轮故障诊断中。有效... 详细信息

论文给出小波包分析的概念及小波包分解和重构的Mallat算法,分析了齿轮故障振动信号的特征。利用小波包分析的多分辨率特性和时频局部化特性,有效地提取出齿轮故障特征信号,得到实验结果,并将小波包分解重构应用在齿轮故障诊断中。有效的证明了小波包分析在齿轮故障诊断中的可行性。

关键词：小波包分析 Mallat算法齿轮故障诊断

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基于有限元法的黑体腔高温传感器动态特性分析

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传感器与微系统 2015年第8期34卷 35-38页

作者：吴飞董杰田海霞蔡璐璐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

基于有限元热分析法,建立了黑体腔三维有限元模型,分析了黑体腔结构参数、热物性参数、黑体腔初始预热温度对黑体腔测温过程中动态特性的影响。研究结果表明:黑体腔结构参数的改变直接影响黑体腔动态测温误差、动态响应时间、腔体发射率... 详细信息

基于有限元热分析法,建立了黑体腔三维有限元模型,分析了黑体腔结构参数、热物性参数、黑体腔初始预热温度对黑体腔测温过程中动态特性的影响。研究结果表明:黑体腔结构参数的改变直接影响黑体腔动态测温误差、动态响应时间、腔体发射率,进而影响黑体腔性能。黑体腔动态测温误差随着比热或密度的增大而增大。黑体腔初始预热温度对黑体腔动态测温影响较大,初始预热温度每增加100℃,最大测温误差减小50℃左右,动态响应时间减少5 s左右。

关键词：黑体腔积分发射率有限元 ANSYS仿真

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基于创新创业能力培养的农业环境监测系统设计范例

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创新创业理论研究与实践 2020年第9期3卷 197-198页

作者：王娜刘永红杨明明于嫄婷李悦测试计量技术及仪器河北省重点实验室(燕山大学) 河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

高校是培养创新创业人才的重要基地,高等教育的主要任务是要培养既能适应、又能引领经济社会发展的高素质人才。该文以创新创业能力培养为导向,以农业环境监测系统设计为示范,阐述创新创业教学环节的实施过程,为学生创新创业发展提供参考。

关键词：创新创业农业环境监测物联网云平台

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