基于傅里叶红外光谱的汽车车身油漆比对

为了通过事故现场遗留的车辆油漆快速排查及确定肇事逃逸车辆的车型范围,采集了287份汽车车身油漆样本,获得了940份油漆红外光谱,建立了汽车车身油漆红外光谱比对数据库。结合特征波峰法与相关系数法实现了车身油漆光谱的比对,并对不同类型油漆碎片进行了比对实验。实验结果表明：对于层次完整的油漆碎片,比对的重点是面漆层和中涂层光谱;对于不完整的油漆碎片,应层次分离后分层进行光谱检索;对于老化油漆,应以面漆层的光谱匹配为主,扩大搜索范围后综合分析搜寻嫌疑车型。     

基于LIBS光谱与成分分析的飞机蒙皮激光除漆可控性研究

激光除漆作为激光清洗技术的分支,有望替代传统打磨及化学除漆工艺,实现飞机蒙皮表面漆层的可控清除,但除漆过程及质量的可控性依赖于有效的原位、在线监测技术。针对飞机铝合金蒙皮表面多漆层结构,采用LIBS技术对不同漆层、不同厚度时漆层特征元素进行光谱与成分分析,在信号解译基础上建立漆层去除层数、去除厚度与LIBS光谱变化的内在关联,实现除漆过程质量的实时监测与反馈控制。结果表明,分层除漆过程中面漆、底漆完全清除后,漆层特征元素（Fe,Ti）的光谱峰消失。LIBS监测到面漆的特征元素Fe在501.494 1和521.517 9 nm处Fe Ⅰ 的光谱特征峰消失时,判定面漆完全清除。监测到底漆特征元素Ti在498.173 0,499.107 0和521.039 0 nm处Ti Ⅰ 的光谱特征峰消失时,判定底漆完全清除。厚度除漆时,随漆层厚度降低或激光脉冲作用次数增加,漆层特征元素（Ca）的光谱峰强相应降低,至漆层厚度为0时（完全去除）,漆层特征元素光谱峰消失,同时基体特征元素（Al）光谱峰出现。LIBS监测616.217 0,643.907 0和422.673 0 nm处Ca Ⅰ 的光谱信号强度变化能够监测激光除漆时剩余漆层厚度,实现对激光除漆厚度的可控清除监测。另外,结合EDS与SEM测试分析,验证了LIBS用于飞机蒙皮激光除漆过程与效果监测、分层与厚度控制的可行性,表明在不损伤基体氧化层的前提下,通过监测对应波长位置的面漆、底漆特征元素光谱与成分变化规律能够实现激光分层可控、厚度可控除漆。     

太赫兹脉冲光谱法测量微米级多层油漆涂层厚度技术

在汽车工业、飞机、船舶等领域中,油漆的涂层厚度管理对产品防水、防锈功能和颜色效果有着重要影响,但是目前采用的商业化涂层测厚仪都是接触式,并且很难直接获得多层涂层中的各层厚度。利用反射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统探测样品的太赫兹脉冲光谱,基于脉冲回波的飞行时间建立简易的单点漆膜厚度提取模型。并通过最小二乘法拟合油漆样品的光学厚度与几何厚度之间的线性关系计算出12种涂覆在铝板上的油漆样品的测量折射率,发现金属油漆与非金属油漆在太赫兹波段的折射率存在较大的差异,闪光银色油漆样品的测量折射率为5.15,而白色油漆样品的测量折射率仅为2.64。在单层白色油漆样品厚度分布均匀的区域内测量50个点的膜厚,以磁/涡流感应涂层测厚仪的测量数据为参考标准,得到的厚度平均值为71.7 μm,测量误差为3.5 μm。对双层油漆样品进行二维扫描,测得白色油漆和底漆的厚度分布分别是(233±13)和(130±11) μm。同样,通过黑色三层油漆样品和银色三层油漆样品的二维分布图,分析了各层的漆膜厚度及其分布的均匀性。结果表明,太赫兹脉冲光谱法实现了1～3层漆膜的厚度测量及其分布均匀性评估,该方法对金属油漆的厚度分辨力较高,并且可通过非接触探测样品的太赫兹脉冲光谱,获得多层油漆的各层厚度及厚度的二维分布信息,易于实现喷涂质量的评估。     

油墨红外光谱相似度与计算机配色精度的关系研究

为了获得高精度的配色样品,提出了一种配色方法-成分分析配色法。该方法将化学分析法与计算机配色相结合,其核心是选取与目标色成分最接近的油墨进行配色,从而实现高精度的色彩匹配,为计算机配色发展提供新的思路。与目标色成分相近的油墨配色效果验证：使用某种油墨印制目标色,并用相同的油墨进行配色,以实现目标色成分与配色色样成分的一致性。使用三个不同品牌的油墨对目标色进行配色,比较配色精度及效率。使用泗联牌三种颜色油墨以任意比例通过印刷适性仪IGT-CI(荷兰)印制目标色,这些目标色包括间色和复色,各3个色样;使用配色软件X-Rite color master(美国)建立泗联、东洋、牡丹三个品牌油墨的配色基础数据库,并对不同目标色进行配色。结果表明使用与目标色相同的泗联油墨的配色精度远高于东洋、牡丹两个品牌的油墨,配色色差整体都很小,校正1～2次就能得到小于1.0的色差,最小达到0.36,几乎实现了目标色的同色同谱匹配。实验验证了成分分析配色法的核心“选取与目标色成分最接近的油墨进行配色,可以实现高精度色彩匹配”的可行性。判别目标色与配色油墨在成分上区别的化学分析工具探讨：为了判别目标色色料与配色油墨在成分上有区别,尝试使用“红外光谱相似度”作为判别的分析工具。使用红外光谱仪Thermo Nicolet 6700(美国)测出泗联、东洋、牡丹三个品牌的三种颜色油墨的红外光谱图,使用OMNIC软件中的相关性算法得到它们与目标色油墨的红外光谱相似度,并计算出平均相似度;将各品牌油墨的红外光谱相似度与其配色实验的精度进行对比分析,评价红外光谱相似度作为化学分析判别工具的有效性。结果表明泗联牌油墨与目标色的平均红外光谱相似度为100%,东洋的为86.53%,牡丹的为64.63%。当校正次数相同时,泗联油墨配色色差最小,配色精度最高;东洋次之,是泗联油墨配色色差的2倍左右;牡丹最差,是泗联油墨配色色差的3倍以上。配色结果与其红外光谱相似度的规律是一致的,目标色油墨与配色油墨之间的红外光谱相似度越高,越容易得到高精度的配色样品。实验证明了用成分分析配色法获得高精度的色彩匹配是可行的,使用红外光谱相似度作为目标色与配色油墨在成分上的分析工具对判别配色精度是有效的。今后的工作将探讨红外光谱相似度与配色精度间的相关性数值关系,以及进一步寻求更为有效的化学分析方法来判断目标色色料与配色油墨之间的成分关系。     

绿色植被近红外光谱模拟材料的设计及应用

通过对绿色植被近红外区反射光谱的系统分析,充分证明O-H决定植被在1450nm和1940nm附近的光谱特征,在此基础上,设计并制备了4种层间含O-H的新型光谱模拟材料Mg-Al-X-LDH(X为NO_3-、Cl-、CO_3~(2-)、SO_4~(2-)),并对其进行了X射线衍射、红外光谱、热重分析及拉曼光谱表征。依据光谱相关系数和光谱角度匹配模型计算,4种层状双金属氢氧化物(LDH)与植物叶片近红外反射光谱两种计算模型的相似度分别超过0.9600和0.9700;以Mg-Al-Cl-LDH为模拟材料,初步与聚氨酯复合,制备了与植被在近红外区光谱高度相似的涂层,两种计算模型的相似度分别达到0.9702和0.9924;Mg-Al-Cl-LDH在紫外可见光区的高度透明性,有利于各个波段光谱材料的复合;经180℃高温处理前后的Mg-Al-Cl-LDH,两种计算模型的相似度依然能达到0.9888和0.9959,说明Mg-Al-LDH有良好的热稳定性,不易失水。     

用于光谱分类的光谱峰谷沿匹配算法

针对超短脉冲激光与气体相互作用产生的非线性荧光光谱的特点,提出了一种新的光谱去噪、特征提取、特征匹配的有效方法.通过对三种气体不同浓度的荧光光谱进行小波压缩去噪,得到5层664个小波系数,重构后获得除噪效果满意而特征信息保持不变的光谱.对重构后的光谱进行光谱峰/谷沿相似度的分析,构造了三种气体的特征谱.在此基础上,经对三种气体光谱进行特征峰/谷沿的匹配分析,提出一种利用同种物质不同浓度下的光谱总体相似度来构造标准特征谱新方法,通过与标准特征谱的匹配分析得到分类结果.实验结果表明,该算法的分类结果受浓度变化影响小,对低至0.05%浓度条件下的全部27条光谱均获得100%的分类识别结果.     

遥测LIBS系统中样品位置波动对光谱特征参数的影响

搭建了由共轴Schwarzschild望远镜组成的遥测LIBS系统,研究了不同导轨位置下样品距离波动时LIBS特征谱线光谱强度、相对标准偏差、光谱相似度和等离子体温度的变化情况,并结合物理机制分析了特征参数变化的原因。结果表明,样品位置波动对等离子体温度、特征谱线强度和相对标准偏差有显著影响,而光谱相似度则在一定范围内保持稳定;在光谱满足一定相似度的情况下,样品位置波动允差随样品距离的增加呈线性递增。当前系统聚焦范围为1.9～4.1 m时,在光谱相似度为0.99的情况下,样品位置波动允差的范围为70～220 mm。研究结果有利于高性能光学系统设计,并为光谱的定性和定量分析提供了理论参考。     

基于高光谱散射特征的牛肉品质参数的预测研究

研究利用光谱散射特性预测牛肉的pH值、嫩度和颜色。使用高光谱成像系统,获取400～1 100 nm波长范围内新鲜牛肉表面的高光谱散射图像,预测牛肉的品质参数。提取高光谱图像在400～1 100 nm波长范围内的散射特征,利用洛伦兹分布函数,拟合各个波长处的散射曲线,获取不同波长散射曲线的洛伦兹函数参数。使用逐步回归方法,选择优化波长及其相应的拟合参数,建立多元线性回归模型预测牛肉的品质参数,使用全交叉验证方法评价模型性能。对嫩度的预测相关系数达到0.86,预测标准差为11.7 N,分级准确率达到91%;pH值的预测相关系数为0.86,预测标准差为0.07;对颜色参数L*, a*, b*的预测相关系数分别达到0.92, 0.90和0.88,预测标准差分别为0.90,1.34和0.41。研究结果表明,利用光谱散射特征可以较好的预测牛肉的品质参数。     

光谱匹配算法应用于鸡血藤与大血藤的太赫兹光谱区分

鸡血藤和大血藤是药效、产地不同而外形极相似的两种不同的藤茎类药材,使用时极易混淆。利用太赫兹时域光谱技术获得测试样品太赫兹频谱,并结合光谱匹配算法分辨五种不同产地、不同批次的鸡血藤和大血藤。因中药化学成分的复杂性导致其不同成分的特征频谱发生相互的混叠,使得鸡血藤和大血藤的太赫兹时域数谱均没有出现明显的特征峰。重复实验测试同一样品同一位置10次,通过计算得到不同频率下光谱数据的标准差。数据在0.2～1.3 THz范围内有较好的稳定性。对光谱数据进行二阶微分处理,使光谱间的微小差异得以显现。选取0.2～1.3 THz以及0.2～2范围内的光谱数据进行对比研究,分别使用相关系数法、分段编码法、光谱角法和信息散度法四种光谱匹配算法对实验数据所属类别进行判定。数据分析结果：在0.2～1.3 THz范围内,光谱角算法对鸡血藤与大血藤的太赫兹光谱数据有最好的分类效果,对两类中药样品总计100组数据的分类正确率达到95%。为易混中药的鉴定区分提供了一种新的技术与方法。     

干旱胁迫下春玉米拔节-吐丝期高光谱特征

通过监测辽宁锦州地区不同干旱胁迫条件下春玉米拔节-吐丝期冠层高光谱分布,研究其可见光、红边区和近红外光的光谱分布特征,分析不同波长光谱反射率与各深度土壤湿度的相关关系,结果表明：拔节-吐丝期,0～20 cm层土壤湿度与350～710 nm区间光谱反射率存在显著的负相关关系,各层土壤湿度(0～60 cm)与710～1 300 nm区间光谱反射呈正相关关系,其中40 cm深度土壤湿度与光谱反射率正相关性较好;红边区(680～760 nm)光谱反射率较好的反映了植株的生长状况,该区间单位波长光谱反射率变化由增加-减小,为相对较稳定的光谱区间。各层土壤湿度与红边参数的多项式回归趋势相似,表层0和20 cm土壤湿度与红边参数关系曲线呈先增加后减小趋势,40和60 cm土壤湿度则先减小后增加。     

基于多光谱方法对山东海曲汉墓群出土漆盒类漆器研究

山东日照海曲汉墓群是2002年度全国十大考古新发现之一,该墓群共出土漆器约500件,具有较高历史、科学和艺术价值.漆盒是海曲汉墓出土漆器中数量最多的一类,具有造型精美的特点,代表着当时高度发达的髹漆工艺水平.切片显微研究揭示了该批漆盒存在漆灰层→底漆层→面漆(色漆和彩绘层)的髹制工艺特点,且具有较厚的漆灰层和底漆层.漆...     

Raman spectroscopy of automotive paints: Forensic analysis of variability and spectral quality

Raman spectroscopy was evaluated as a forensic technique for the analysis of automotive paints with the purpose to verify the measurement variability as well as to study the spectral quality by means of parameters and conditions. The objective lens, accumulation number, and laser (power, mode, and wavelength) were observed to significantly affect the spectral quality and thus should be taken into consideration during the development of a forensic database. On the other hand, exposure time, Raman shift range, and baseline correction had less influence on the features of the obtained spectra. Interestingly, samples collected from the bumper coating composed of a plastic substrate in comparison with fragments obtained from other parts of the same vehicle containing metallic substrate showed different absorption band patterns. In addition, less variability of data acquired directly onto the paint chip’s surface has demonstrated that direct analysis should be preferred during spectra library development as opposed to cross-section measurements. Sample homogeneity and distinction power of the technique combined with Principal Components Analysis were also investigated. The preliminary results showed that although Raman spectroscopy is extremely accurate in the identification of vehicles, it is necessary to pay particular attention to the spectral variability in order to avoid false database matching and misleading of forensic investigations. Therefore, we suggest that separated spectra library shall be developed for each laser wavelength as well as for each sample substrate. Further studies with a higher number of paint chips will enable the establishment of prediction models aimed to identify unknown samples involved in hit-and-run cases.     

扩展目标光学特性的理论分析与研究

利用双向反射分布函数经验公式推导出激光主动照明条件下的目标反射截面表达式,给出了目标反射截面的一种近似计算方法,基于该方法计算了圆锥体目标反射截面。利用固体激光器和CMOS相机搭建实验系统,实际测量了目标反射截面随入射角度和不同目标体等参数变化时的变化情况,实验系统及数据同提出的方法计算得到的结果基本一致。结果表明,目标形状相同,入射角小于45时,目标反射截面随着无涂层、白色油漆、灰色油漆逐渐变小,大于45时白色油漆涂层目标反射截面最大;在目标表面特性相同的时候,目标反射截面随圆板、圆柱、圆锥渐次减小。     

Forensic examination of multilayer white paint by lateral scanning Raman spectroscopy

Multilayer samples of white architectural paint potentially have very high evidential value in forensic casework, because the probability that two unrelated samples will have the same sequence of layers is extremely low. However, discrimination between the different layers using optical microscopy is often difficult or impossible. Here, lateral scanning Raman spectroscopy has been used to chemically map the cross‐sections of multilayer white paint chips. It was found that the spectra did allow the different layers to be delineated on the basis of their spectral features. The boundaries between different layers were not as sharp as expected, with transitions occurring over length scales of > 20 µm, even with laser spot diameters < 4 µm. However, the blurring of the boundaries was not so large as to prevent recording and identification of spectra from each of the layers in the samples. This method clearly provides excellent discrimination between different multilayer white paint samples and can readily be incorporated into existing procedures for examination of paint transfer evidence. © 2011 Crown copyright.     

掺C60/C70和沥青薄膜的光谱特性

本文研究了醇酸清漆本征膜的紫外———可见吸收光谱特性、沥青的红外光谱和紫外———可见吸收光谱特性、C6 0 /C70 掺入醇酸清漆后所得薄膜的紫外———可见吸收光谱特性、沥青掺入醇酸清漆后所得薄膜的紫外———可见吸收光谱特性、C6 0 /C70 和沥青掺入醇酸清漆后所得薄膜的紫外———可见吸收光谱特性。实验证明 ,醇酸清漆对C6 0 /C70 具有很强的漂白作用 ,即醇酸清使C6 0 /C70 原紫外———可见吸收光谱的吸收峰消失 ,吸收曲线紫移 ,而对沥青吸收光谱则无影响。将C6 0 /C70 和沥青同时掺入醇酸清漆中 ,聚合后薄膜的吸光度在350～ 760nm波段随波长的增加而呈非线性下降 ,同时薄膜的强度也有所提高。     

基于傅里叶变换近红外透射光谱的汽车用 无水冷却液和制动液掺水检测

冷却液和制动液是车辆工作过程中非常重要的油品,对车辆的正常运行具有非常重要的作用。在冷却液和制动液中掺水是掺假的主要手段之一,掺水后的冷却液和制动液,其有效成分会减少,从而影响了冷却液和制动液本来的功能,对车辆造成危害,从而影响车辆的正常运行。实现对冷却液和制动液含水率的快速准确检测,是保证冷却液和制动液品质的关键。采用傅里叶变换近红外光谱对不同品牌的掺水的汽车无水冷却液和制动液含水率检测进行了研究。分别采集了3个不同品牌无水冷却液和4个不同品牌制动液在掺入不同含水率(0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%,35%)下的近红外透射光谱,并基于10 067～5 442 cm-1范围内的光谱进行了研究。不同含水率的无水冷却液和制动液近红外透射光谱存在差异。单个品牌不同含水率的无水冷却液及制动液的主成分分析(PCA)表明不同含水率样本之间存在差异。采用二阶导数(Second derivative)对单个品牌以及包含有不同品牌的无水冷却液及制动液(不同含水率)的特征波数进行了选择,发现不同品牌之间选择的特征波数相近,且单个品牌与包含不同品牌之间选择的特征波数也相近,而经过特征波数选择后波数减少了至少98.67%。基于单个品牌样本的全谱以及包含有不同品牌样本的全谱和特征波数,分别建立偏最小二乘(PLS)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型,所有模型的建模集和预测集决定系数均高于0.9,剩余预测偏差(RPD)均高于3,含水率预测模型取得了较好的预测结果。基于全谱的模型预测效果与基于特征波数的模型预测效果相当,表明特征波数选择可用于无水冷却液和制动液中含水率的检测。基于单个品牌样本的模型预测效果与包含不同品牌样本的模型预测效果相近,表明包含品牌差异,建立基于多个品牌的无水冷却液和制动液掺水量的预测模型是可行的。研究结果表明,近红外透射光谱结合化学计量学方法可用于不同品牌汽车无水冷却液和制动液掺水量检测,为研究开发在线检测仪器奠定了基础,也为其他类型的车用液体制品中含水率的检测提供了技术和方法参考。