由于傳統(tǒng)光譜分析方法對(duì)存在大量散射粒子的復(fù)雜溶液中化學(xué)成分的檢測(cè)研究尚未得到有效突破,為了利用復(fù)雜溶液的吸收特性和散射特性所引起的空間信息變化來(lái)增加光譜信息,從而提高建模的精度和可靠性,顯著增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜溶液成分濃度的分析能力,本研究提出并使用高光譜圖像的方法對(duì)復(fù)雜溶液成分濃度進(jìn)行檢測(cè)分析。主要研究工作如下:（1）首先,本文為了同時(shí)獲得復(fù)雜溶液的非圓周對(duì)稱(chēng)的高光譜圖像所表現(xiàn)出的吸收和散射信息,設(shè)計(jì)并制作了楔形樣品皿。本研究基于光源,楔形樣品皿和Headwall Photonics G4-332成像光譜儀搭建了復(fù)雜溶液高光譜圖像檢測(cè)平臺(tái)。通過(guò)對(duì)高光譜圖像采集的參數(shù)設(shè)置,以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與測(cè)試,證明了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的正確性與穩(wěn)定性。（2）其次,為了證明復(fù)雜溶液高光譜圖像檢測(cè)平臺(tái)可以有效檢測(cè)含有散射特性溶液的成分濃度,本研究通過(guò)復(fù)雜溶液高光譜圖像檢測(cè)平臺(tái)對(duì)含有散射特性溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),采集得到了二維光強(qiáng)分布數(shù)據(jù)。本研究對(duì)采集得到的二維光強(qiáng)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析,二維光強(qiáng)分布建模方法相比于其他建模方法,相關(guān)系數(shù)提高2.48%,均方誤差減小6.89%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了,基于楔形樣品皿的光譜定量分析方法可以... 

【文章來(lái)源】：天津工業(yè)大學(xué)天津市

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基本研究路線

第二章復(fù)雜溶液高光譜圖像分析方法的理論基礎(chǔ)7第二章復(fù)雜溶液高光譜圖像分析方法的理論基礎(chǔ)2.1復(fù)雜溶液的光學(xué)特性2.1.1光與復(fù)雜溶液的相互作用形式復(fù)雜溶液含有多種物質(zhì)，若檢測(cè)復(fù)雜溶液成分濃度，復(fù)雜溶液中會(huì)同時(shí)存在吸收和散射效應(yīng)。然而在真實(shí)研究中復(fù)雜溶液內(nèi)部光子傳輸特性會(huì)隨著復(fù)雜溶液的物質(zhì)成分濃度發(fā)生改變，所以能夠從高光譜圖像信息中檢測(cè)到復(fù)雜溶液中被測(cè)物質(zhì)成分濃度信息量的變化。本研究利用高光譜圖像獲得了非圓周對(duì)稱(chēng)光斑的空域信息，并通過(guò)該特征的變化與復(fù)雜溶液中被測(cè)物質(zhì)成分濃度建模，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜溶液中被測(cè)物質(zhì)成分濃度的檢測(cè)分析。在實(shí)際測(cè)量中，光與復(fù)雜溶液具有多種相互作用形式，例如反射、折射、吸收、透射、散射等，各種形式的的示意圖如圖2-1所示。圖2-1光與復(fù)雜溶液相互作用示意圖通過(guò)對(duì)圖2-1的觀察與分析，光與復(fù)雜溶液相互作用主要以吸收與散射形式體現(xiàn)，兩種形式同時(shí)決定了光在復(fù)雜溶液中的傳輸方式。通過(guò)能量轉(zhuǎn)換的方式來(lái)說(shuō)：吸收作用是光與復(fù)雜溶液相互作用時(shí)，復(fù)雜溶液吸收了光的能量，并將其轉(zhuǎn)化為自身的能量；而散射作用是光與復(fù)雜溶液相互作用時(shí)，光的能量被復(fù)雜溶液

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文8分散開(kāi)來(lái)，使得光的能量在通過(guò)復(fù)雜溶液時(shí)逐漸減少。2.1.2常見(jiàn)的復(fù)雜溶液光學(xué)參數(shù)為了合理描述光與復(fù)雜溶液的相互作用以及光在復(fù)雜溶液中的傳輸分布特點(diǎn)，本研究首先講解復(fù)雜溶液中常見(jiàn)的光學(xué)特性參數(shù)，這些參數(shù)是描述復(fù)雜溶液的光學(xué)模型的重要基礎(chǔ)[51,52]。（1）吸收系數(shù)吸收系數(shù)μa表示單位光程上一個(gè)光子被吸收的可能性，它反映的是復(fù)雜溶液對(duì)光的吸收程度，單位為cm-1或mm-1。（2）散射系數(shù)光在通過(guò)存在大量散射粒子的復(fù)雜溶液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射效應(yīng)，使光強(qiáng)衰減。我們使用散射系數(shù)μs表示散射效應(yīng)，指單位光程上光子被散射的可能性，單位為cm-1或mm-1。（3）各向異性因子各向異性因子g是光子發(fā)生散射時(shí)散射角余弦的加權(quán)平均值。各向異性因子g通常由散射角的平均余弦函數(shù)定義，如式（2-1），表示各向異性的程度。coscoscos11dfg（2-1）由（2-1）可知，g的取值在-1~1的范圍內(nèi)，當(dāng)g在0~1時(shí)，光子趨于各向前向散射，當(dāng)g在-1~0時(shí)，光子趨于各向后向散射。g在不同情況時(shí)的散射方向概率如圖2-2所示。圖2-2g值不同時(shí)的散射方向概率圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高光譜成像磚紅壤中石油烴含量的可視化研究[J]. 陳志莉,劉強(qiáng),尹文琦,劉洪濤,楊毅.  光譜學(xué)與光譜分析. 2018(09)
[2]基于高光譜的牛奶脂肪質(zhì)量濃度預(yù)測(cè)模型建立與評(píng)價(jià)[J]. 趙紫竹,衛(wèi)勇,張乃遷,常若葵,吳海云,劉華,單慧勇,楊仁杰,郭小英.  中國(guó)乳品工業(yè). 2018(02)
[3]非均勻混濁介質(zhì)多光譜反射成像的仿真與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 楊博贊,楊春梅,撒昱,丁俊華,李梅花,梁曉會(huì),馮遠(yuǎn)明,胡新華.  光電子·激光. 2014(12)
[4]黃河口受石油烴滲漏影響植被的高光譜檢測(cè)方法研究[J]. 任廣波,張杰,吳培強(qiáng),馬毅.  海岸工程. 2014(03)
[5]復(fù)雜混合溶液成分高光譜分析的可行性[J]. 李剛,熊嬋,林凌,佟穎,張寶菊.  光譜學(xué)與光譜分析. 2012(03)
[6]尿微量白蛋白的可見(jiàn)-近紅外光譜檢測(cè)[J]. 李剛,趙喆,劉蕊,王慧泉,林凌,張寶菊,吳曉榮.  光譜學(xué)與光譜分析. 2011(09)
[7]尿微量白蛋白的多波段多光程光譜檢測(cè)[J]. 李剛,趙喆,劉蕊,王慧泉,林凌.  分析化學(xué). 2011(04)
[8]基于模擬退火波長(zhǎng)優(yōu)化的草莓堅(jiān)實(shí)度近紅外光譜檢測(cè)[J]. 石吉勇,殷曉平,鄒小波,趙杰文,鞠時(shí)光.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2010(09)
[9]近紅外光譜分析技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品/食品品質(zhì)在線無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 孫通,徐惠榮,應(yīng)義斌.  光譜學(xué)與光譜分析. 2009(01)
[10]水果組織光學(xué)參數(shù)的激光圖像無(wú)損測(cè)量技術(shù)[J]. 吳彥紅,趙杰文,陳全勝,劉木華.  江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2007(01)

博士論文
[1]提高近紅外吸收光譜法復(fù)雜溶液組分濃度分析精度的研究[D]. 趙喆.天津大學(xué) 2014
[2]基于多維多模式超光譜系統(tǒng)的復(fù)雜混合溶液成分分析[D]. 熊嬋.天津大學(xué) 2012

碩士論文
[1]基于多維光譜的渾濁溶液濃度檢測(cè)方法的研究[D]. 王慧.天津工業(yè)大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3491021