光学仪器 光学分析仪器

TH744.412006032749神经网络模型在LED便携式近红外整粒小麦成分测量仪上的建立=Building artificial neural network model onportable NIRintegrity wheat component measuring appara-tus[刊,中]/吉海彦(中国农业大学信息与电气工程学院.北京(100094)),闻明…∥光谱学与光谱分析.—2006,26(1).—57-59采用三层反向传播人工神经网络,在LED便携式近红外整粒小麦成分测量仪上,建立了测定整粒小麦中粗蛋白含量的定量分析模型。给出了LED便携式近红外整粒小麦成分测量仪的结构框图、光路结构图及所采集的整粒小麦样品光谱图。简介了人工…     

神经网络模型在LED便携式近红外整粒小麦成分测量仪上的建立

采用三层反向传播人工神经网络,在LED便携式近红外整粒小麦成分测量仪上,建立了测定整粒小麦中粗蛋白含量的定量分析模型。给出了LED便携式近红外整粒小麦成分测量仪的结构框图、光路结构图及所采集的整粒小麦样品光谱图。简介了人工神经网络的原理并给出了建模的结果。用人工神经网络建立模型,得到校准集和预测集的相关系数分别为0.90和0.96,相对标准偏差分别为3.77%和4.46%。在所使用的有限个分立波长的测定仪上,由于仪器光路、电路及整粒样品状态的影响,存在着一定的非线性。采用人工神经网络建立的模型,其结果优于线性模型的结果。     

Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉及其研究进展

具有非损伤、快速检测特点的近红外光谱技术与近红外成像技术在食品成分检测、癌症早期诊断、脑科学等领域获得了越来越多应用,其面临的技术瓶颈之一就是缺乏一种具有小型化、快速响应特点的宽带近红外光源。为解决该问题,荧光粉转化的宽带近红外LED(pc-LED)逐渐在众多技术方案中脱颖而出。本综述重点总结了宽带近红外pc-LED核心材料Cr~(3+)掺杂的宽带近红外荧光粉的研究进展,并详细介绍了宽带近红外光源的应用背景及光源种类,总结了Cr~(3+)的发光特性。本综述针对Cr~(3+)掺杂的宽带近红外荧光粉需要解决的重要问题展开讨论,包含了效率提升、发射谱带展宽、电声耦合问题和应用探索四个方面,以帮助读者了解该研究课题的现状、面临问题及未来发展趋势。     

基于光谱技术的植物叶绿素浓度无损检测仪器的研制

开发了一种便携式植物叶绿素无损检测仪器,该仪器可实现对叶绿素浓度的实时、快速、无损检测。仪器主要包括4个部分：叶片夹具,光源驱动电路,光电检测及信号调理电路和微控制系统。提出了一种电流可调节的光源恒流驱动电路方案,在实现恒流驱动的同时还可以对驱动电流进行程控。同时提出了一种一体化叶片夹具设计方案,不仅简化了仪器的光学结构,而且提高了仪器稳定性。在仪器的标定实验中,用SPAD-502叶绿素测量仪测定的叶片叶绿素含量SPAD值作为标准值,建立了多元线性标定模型,对仪器的性能进行了评价,叶绿素预测值与标准值的相关系数为0.97,预测均方根误差为1.3 SPAD,仪器重复性的均方根误差为0.1 SPAD。标定实验结果表明,该仪器测量精度高、性能稳定。     

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。     

阵列LED油品检测系统的设计

为了实现对输油管道上油品的测量,本文根据近红外光谱分析的基本原理,以及汽油和柴油的实际光谱图像的差异,设计了基于LED阵列的油品测量实验系统。该检测系统采用模块化设计,以多个不同中心波长的近红外LED组成阵列作为光源,并选用TI公司推出的带24位ADC的系统级高精度微控制器——MSC1211为系统的数据采集及控制核心,使系统具有体积小、结构简单、分立器件少、集成度高的优点。这些特性为系统在输油管道上的应用奠定了基础。     

基于LabVIEW的LED光源特性检测系统的研制

介绍了一种基于高级图像编程语言(LabVIEW)的LED光源特性检测系统。检测系统是基于运动导轨、多测试工位、计算机控制开发的,集成多种LED特性测试仪器,实现LED光源的光、电、色等综合发光特性的自动连续测试。该系统具有综合、自动、集成、连续、在线的突出优点,大大提高测试效率、测试数据和结果的可靠性、准确性,解决了传统测试方法的分散、效率低和测试误差大的缺点。还介绍了自主开发系统软件的设计原理,并分析了在此基于LabVIEWr的检测系统中应用软件功能的实现,包括测试数据的汇总、计算、分析处理等。还附上相关的实验数据对检测系统加以验证说明。     

短波近红外光谱的整粒小麦蛋白质PLS方法的定量分析

利用漫反射法获得的整粒小麦短波近红外光谱(833～1111nm),采用化学计量学中的偏最小二乘法(PLS)方法,选取不同的波长范围对光谱进行信息提取和分析,给出了不同因子数时PLS方法进行蛋白质分析的结果及其因子数与预测标准偏差平方和(PRESS)关系曲线,确定了最佳回归因子数。并通过选取最佳回归因子和不同波段,对整粒小麦的蛋白质成分进行了定量分析,比较了不同波长范围对分析的影响,并从中获得了较好的预测结果,实验表明,合理选择光谱范围可减少非主要信息的干扰,并以此来提高成分分析精度的方法是切实可行的,在实际应用中有一定的参考价值。     

光谱分布可调光源的LED筛选研究

针对LED光谱分布可调光源对LED寿命以及光谱一致性的要求,对可见光和近红外波段的29种LED分别进行200 h的电流加速老化试验,并提出LED光谱一致性筛选算法。老化试验结果表明:峰值波长为385 nm、400 nm 和420 1 nm 3种LED的辐射通量平均衰减分别为24.8 %、10.7 %和25.6 %,不能用于LED光谱分布可调光源;剩余的26种LED的辐射通量平均衰减量均低于3.5 %,可作为光谱分布可调光源的内部光源。LED光谱一致性筛选算法以LED光谱数据为基础,计算同类LED间的相对光谱偏差,26种LED的相对光谱偏差均小于4.5 %,保证了所筛选出LED的光谱一致性。     

国产光栅近红外光谱仪扫描条件对检测结果的影响

以云南优质烤烟为实验材料,在国产光栅漫反射型近红外仪器上,研究了采集间隔、开机时长、背景测量频率等扫描条件对近红外检测结果的影响。研究结果表明：8,16 nm的光谱数据采集间隔对近红外烤烟定量分析的影响不大,为提高采集速度确定该仪器的采集间隔为16 nm;建立了包含开机时长因素在内的模型,提高模型的适应性;该仪器具有基线漂移提示功能,从而确定仪器背景采集的频率,可以降低分析误差,提高检测结果的准确度。     

近红外单籽粒玉米油分无损测定仪器研制

用发光二极管作为光源,在短波近红外区选择6个波长的滤光片作为分光器件,研制了单籽粒玉米油分无损测定仪。该仪器各项技术指标均达到设计要求,结构简单、性能稳定;测定单籽粒玉米油分的相关系数为0.968 8,标准差为0.72,平均相对误差为0.062。完全符合高油玉米育种工作的需要。     

Detection of ochratoxin A contamination in stored wheat using near-infrared hyperspectral imaging

Near-infrared (NIR) hyperspectral imaging system was used to detect five concentration levels of ochratoxin A (OTA) in contaminated wheat kernels. The wheat kernels artificially inoculated with two different OTA producing Penicillium verrucosum strains, two different non-toxigenic P. verrucosum strains, and sterile control wheat kernels were subjected to NIR hyperspectral imaging. The acquired three-dimensional data were reshaped into readable two-dimensional data. Principal Component Analysis (PCA) was applied to the two dimensional data to identify the key wavelengths which had greater significance in detecting OTA contamination in wheat. Statistical and histogram features extracted at the key wavelengths were used in the linear, quadratic and Mahalanobis statistical discriminant models to differentiate between sterile control, five concentration levels of OTA contamination in wheat kernels, and five infection levels of non-OTA producing P. verrucosum inoculated wheat kernels. The classification models differentiated sterile control samples from OTA contaminated wheat kernels and non-OTA producing P. verrucosum inoculated wheat kernels with a 100% accuracy. The classification models also differentiated between five concentration levels of OTA contaminated wheat kernels and between five infection levels of non-OTA producing P. verrucosum inoculated wheat kernels with a correct classification of more than 98%. The non-OTA producing P. verrucosum inoculated wheat kernels and OTA contaminated wheat kernels subjected to hyperspectral imaging provided different spectral patterns.     

傅里叶变换近红外光谱仪扫描条件对数学模型预测精度的影响

以小麦粉状样品为例 ,研究了傅里叶变换近红外光谱仪在不同分辨率 ,不同的激光频率下扫描样品对近红外光谱用于分析小麦样品蛋白质含量的影响。结果表明 :以 4 ,8,16cm- 1 的分辨率扫描样品或当激光频率改变幅度在 1cm- 1 以内时对小麦蛋白模型的影响不显著 ,样品粒度对模型影响较大     

近红外光谱分析技术及其在烟草行业中的应用

简要介绍了近红外光谱分析技术的特点和仪器,对近年来近红外技术在烟草行业中的应用和发展进行了较详细的综述,认为近红外光谱分析技术在烟草行业中正扮演着越来越重要的角色,而且具有十分广阔的应用前景.     

Infrared detection and photon energy up-conversion in graphene layer infrared photodetectors integrated with LEDs based on van der Waals heterostructures: Concept,device model,and characteristics

We propose the concept of the infrared detection and photon energy up-conversion in the devices using the integration of the graphene layer infrared detectors (GLIPs) and the light emitting diodes (LEDs) based on van der Waals (vdW) heterostructures. Using the developed device model of the GLIP-LEDs, we calculate their characteristics. The GLIP-LED devices can operate as the detectors of far- and mid infrared radiation (FIR and MIR) with an electrical output or with near-infrared radiation (NIR) or visible radiation (VIR) output. In the latter case, GLIP-LED devices function as the photon energy up-converters of FIR and MIR to NIR or VIR. The operation of GLIP-LED devices is associated with the injection of the electron photocurrent produced due to the interband absorption of the FIR/MIR photons in the GLIP part into the LED emitting NIR/VIR photons. We calculate the GLIP-LED responsivity and up-conversion efficiency as functions the structure parameters and the energies of the incident FIR/MIR photons and the output NIR/VIR photons. The advantages of the GLs in the vdW heterostructures (relatively high photoexcitation rate from and low capture efficiency into GLs) combined with the reabsorption of a fraction of the NIR/FIR photon flux in the GLIP (which can enable an effective photonic feedback) result in the elevated GLIP-LED device responsivity and up-conversion efficiency. The positive optical feedback from the LED section of the device lead to increasing current injection enabling the appearance of the S-type current-voltage characteristic with a greatly enhanced responsivity near the switching point and current filamentation.     

发光二极管应用于光动力学疗法的可行性分析

讨论了发光二极管(Light-emitting-diode,LED)在航天医学中作为激光器的替代光源用于光动力学疗法(Photodynamic therapy,PDT)的可行性。分析了发光二极管用于光动力学疗法的优势,介绍了LED用于不同类型光敏剂进行PDT治疗的实验研究,概括了LED-PDT治疗系统在国内外的研制现状。说明了LED替代激光器作为PDT的激发光源是可行的。LED作为我国航天医学领域中的一种重要光源,为维护航天员的健康将会发挥重要作用。     

LED毫伏级待测电动势实验仪的设计及其稳定性的研究

为了满足电位差计实验对毫伏级待测电动势需求,设计了LED毫伏级待测电动势实验仪,并对其稳定性进行了研究.待测电动势实验仪是通过光电转换来实现的,输出的毫伏级电动势在电位差计实验仪的各个测量点都能稳定,能够满足箱式电位差计测量范围和精度要求,是比较理想的箱式电位差计实验配套仪器,能够大大提高学生的实验效率和教师对实验设计的选择性,实验效果良好.     

近红外光谱分析技术进展及其在烟草行业中的应用

对国内外近红外光谱的发展现状、分析技术特点、分析仪器、近红外光谱中常用的化学计量学方法以及近年来近红外光谱在烟草行业中的应用等几个方面进行了较详细地综述,认为近红外光谱分析技术在烟草行业中正扮演着越来越重要的角色,具有十分广阔的应用前景.