亚硫酸盐法制浆过程中纸浆卡伯值的在线测量——制浆废液中有机物组分的光谱分析

研究了马尾松亚硫酸氢钙法蒸煮废液 (红液 )及相关糖类的吸收光谱 ,并将废液经超滤分级处理后 ,对分级样品进行了可见光谱和红外光谱的定性分析。结果表明 :亚硫酸盐法制浆废液对可见光 (5 10nm)的吸收主要来自于分子量较高的木素磺酸盐。该研究为确定红液中木素浓度在线测量的合适波段提供了理论依据 ,并为纸浆卡伯值的在线分析打下了基础     

近红外技术在纸张水分率测量中的应用

为了解决纸张水分率指标的在线测量问题,研究了基于近红外光谱分析的水分率测量技术,阐述了介质对光谱吸收的基本原理,分析了该原理应用于纸张水分率测量时存在的问题,探索了采用两条谱线(测量谱线和参考谱线)的方法实现水分率在线检测的关键技术,设计规划并实验研究了相应的测量方案,论述了方案中各功能模块的作用.基于光谱法和干燥称重法的水分率对比测量实验表明,基于光谱法的测量准确度可控制在0.5％以内.因此该方法可实现在线检测且满足准确度要求.     

超声法测量高浓度水煤浆若干问题研究

利用超声法在线测量高浓度水煤浆具有无需稀释、快速、在线、非接触等优势.本文探讨了水煤浆中的浓度测量问题.在理论分析和实验基础上得出了水煤浆中声速与浓度的关系,指出水煤浆温度、稳定性、粒径与声速的关系和对浓度测量的影响,并从理论上提出了水煤浆中粒径测量的方法.本文设计的实验装置适合在线测量中的应用.     

微流控系统表面张力和黏度在线测量

微流控系统中界面流体界面张力和黏性作用力对传热、压降以及临界热流密度(CHF)起主导作用,由于流体物性在两相流系统中对环境参数非常敏感,因此对微流控系统界面张力和黏度的在线测量非常重要。本文提出了表面张力和黏度快速在线测量的新方法.该方法基于Taylor流在微通道中的流体动力学,通过液膜厚度的测量及其与流体物性间的理论关系式,对冷却工质FC-72及乙醇和水液体混合物的的动态表面张力和黏度进行了计算,并与文献参考值和理论模型做了比较,证实该方法可以得到可靠的表面张力和黏度结果。该方法具有样品耗量小、动态及在线测量优点,实现了微通道两相流动和物性测量的结合。     

拉曼光谱在线测量技术在聚合物合成与加工中的应用研究进展

聚合物的合成与加工过程影响着材料的聚合度、结晶度、取向度以及共混组分的均匀性,最终影响聚合物产品的性能。因此对聚合物合成与加工过程中材料的实时状态进行监控至关重要。拉曼光谱在线测量技术凭借其无损检测、采样简单、可靠性高,对试样的外形和物态没有任何特定要求,且能在高温、高压、有毒的环境中直接进行在线测量等特点,在高分子材料合成与加工领域有了越来越广泛的应用。将此在线测量技术应用到高分子合成与加工过程中,实时测量高分子材料的化学组成和物理性质,并将测量数据用于控制合成与加工过程,可以提高高分子材料的性能。本文选择聚合反应转化率、聚合产物粒径及其分布、聚合物结晶度、聚合物取向度、多相共混聚合物组分含量等五个反映聚合物合成或加工过程状态的参量,概述了拉曼光谱在线测量上述参量的相关研究进展,并对拉曼光谱在线测量技术在聚合物合成及加工中的应用发展进行了展望。     

基于页岩气返排液中甲烷浓度及排放速率的红外光谱反演研究

随着页岩气的开发,传统的手持式甲烷测量仪无法继续应对复杂的开采工况。针对页岩气开发过程中温室气体甲烷的浓度及排放速率难以实时在线监测的问题,利用自主设计并搭建的开放光程傅里叶变换红外光谱（FTIR）测量系统,对页岩气开采过程中各种工况下返排液进行实时在线测量。其中FTIR分辨率为1 cm-1, 光程为50 m,红外光源通过返排液正上方被光谱仪接收。对测量所得的红外光谱进行多次平均,提高光谱质量并进行反演计算。从HITRAN数据库中提取甲烷特征吸收截面,考虑环境与仪器等影响,对测量温度进行修正,选取合适的吸收波段,与水汽的吸收截面进行吸收峰叠加,合成标准光谱。使用最小二乘法对实测光谱与标准光谱进行拟合,从而反演出甲烷浓度。并根据返排液排放速率,结合光路通过返排池的距离及红外光谱反演浓度,对页岩气开采过程中甲烷排放速率进行计算。结果表明：不同开采工况下,光谱反演浓度呈明显起伏变化。更换三项分离器时,甲烷浓度有明显上升;在点燃火炬时,甲烷浓度持续低值;其红外光谱反演浓度符合页岩气开采过程中甲烷排放情况。改变测量光谱平均次数,对返排液甲烷进行单位小时和连续80小时测量并分析。在单位小时内,甲烷浓度在100～800 μmol·mol-1范围内呈现明显起伏变化;甲烷的排放速率在50～300 m3·h-1内波动。对返排液进行80小时连续测量,甲烷浓度最大值为936.4 μmol·mol-1,其最大排放速率达到535.1 m3·h-1;最低值为36.82 μmol·mol-1最小排放速率为18.63 m3·h-1。反演数据结果说明：在页岩气开发过程中,其返排液为一个无组织甲烷排放源,且排放速率在短时间内变化十分明显。红外光谱反演浓度和传统手持式甲烷测量仪测量结果具有较好一致性,相关系数为0.743 6。相对于传统手持式甲烷测量仪器,红外光谱反演法具有响应速度更快,非接触远距离,实时在线测量等优势。     

光纤传感用于油田热采的蒸汽干度测量

折射率调制的光纤传感器可用于测量稠油热采过程中的蒸汽干度测量。当油田的油井中注入高温高压蒸汽时，从井口到井底连续地查明汽液比对节省能源和提高产出率意义重大。由于干蒸汽和水的折射率不同，汽液的比例可以从汽液两相流的折射率响应特性反映出来。研制的测量装置直接对汽液两相流的比例变化产生响应，能够应用于高温高压及狭窄工作空间的输汽环境中。在井深850m，井口蒸汽温度287℃，压力7．49MPa的油田注汽井中进行了测试。测试结果对注汽法采油的井况分析具有一定的参考作用。油田注汽井的测量数据表明，这种干度测量仪可以实现在线、连续的测量工作。     

一种测量大型原木内部水分的微型NMR 传感器

木材中的水分对木材的性能有着决定性的影响,目前测量木材水分的方法多适用于小型木材的检测．然而,当树木被砍伐后,在加工前希望了解其内部水分状态,因此需要一种方法来检测大型原木的水分．该文设计了一种微型核磁共振(NMR)传感器,该传感器为圆柱型结构（直径为 28 mm,长度为 60 mm）,测量区域位于传感器外侧,形成与传感器同轴的圆环．测量前,需在被测部位凿一个与传感器直径相当的孔．测量时传感器沿着孔壁测量即可获得对应位置的 NMR 参数信息．初步实验结果表明,该传感器可以分辨被测木材中自由水和束缚水的分布以及各部位水分的相对含量．

     

FE荧光探针在线检测土质文物中水分形态及其挥发行为

土质文物众多病害都与水有关，土体多孔结构中自由水和吸附水对其病害的影响存在显著差异性，在水分挥发过程中，自由水易挥发，有利于土体保持干燥，而吸附水挥发缓慢，是盐害和酥粉等病害的主要成因。因此，检测土质文物中不同形态水的挥发行为对预防土质文物盐害及酥粉病害具有积极作用。由于自由水和吸附水存在化学上的极性差异，而FE荧光双发射峰对极性和氢键具有敏感性，可用于指示极性差异。以FE作为荧光探针，将其引入到不同吸潮时间的土质文物模拟样中，通过在线检测样品水分挥发过程中表面荧光光谱，根据荧光特征峰位置及变化，揭示土样中水分的存在形态及自由水和吸附水挥发行为特征；通过在线检测加固土样荧光光谱变化，揭示加固对土样中不同形态水挥发行为的影响规律。FE荧光探针拥有波段可分的双发射波峰，激发波长在可见光区，避开了土壤具有强吸收的紫外区，以FE为荧光探针识别土体中水分的不同形态具有灵敏性。同时，在识别不同形态水基础上，可在线检测土体中不同形态水分挥发演变过程，这对评价土质文物加固后文物透气性能具有指导价值。     

海水中极低浓度营养盐在线测量仪

设计了海水中极低浓度营养盐在线测量仪,测量方法采用吸收光度法。采用长光程液芯波导作为样品池,光信号由光纤收集、光谱仪分光。线阵CCD探测器测量样品吸光度,可以实现多种营养要素的快速检测。检测极限达到了0.2 nmol/dm3;分液泵、注射泵、电磁阀及过滤网等构成了现场自动进样系统;电子学系统由PC104工控机、CCD数据采集卡及自动进样控制电路组成,实现了水样的提取及在线过滤、样品与试剂的精密配比和混合反应以及光谱测量及分析的自动化。该仪器不仅可用来作为剖面测量,而且也可用于定点长时间序列测量。     

基于近红外光谱与支持向量机的纸浆卡伯值在线测量

提出了用近红外光谱漫反射技术和支持向量机建模方法实现纸浆卡伯值在线测量的新方法。采集45份松木浆样品的近红外漫反射光谱,选择各样品15个振动吸收峰对应的吸收率,采用动态独立分量分析(DICA)对输入样本数据进行特征提取,建立基于支持向量机(SVM)的纸浆卡伯值预测模型。45份样品中选择35份组成校正集,另10份作为预测集对模型进行验证。基于支持向量机的纸浆卡伯值预测模型外部验证均方差和确定系数分别为0.26和0.93;基于线性回归的纸浆卡伯值预测模型外部验证均方差和确定系数分别为0.45和0.81。研究结果不仅表明纸浆卡伯值近红外测量方法的可行性和有效性,而且验证了基于支持向量机的纸浆卡伯值预测模型比线性回归模型具有更高的准确性和鲁棒性。     

基于光腔衰荡光谱技术的压力计校准方法

压强是工业生产过程中的一个重要参数,其准确测量是过程控制的关键。气体分子光谱线型和线宽取决于分子间相互作用和温度、气压等因素,利用窄线宽气体吸收光谱的压力展宽效应,可通过高分辨地测量气体吸收谱线得到压强信息,实现压力计校准。提出了一种基于光腔衰荡光谱技术和气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法。采用5.2 μm可调谐量子级联激光器,基于连续光腔衰荡光谱技术建立了压力计校准实验装置。室温下,测量水汽在1 877 cm-1附近的一吸收谱线,线宽为0.084 21 cm-1,重复性测量误差小于1.53×10-4 cm-1,对应的压强大小为98.12 kPa,检测灵敏度优于0.18 kPa,与高精度压力计读数98.14 kPa一致。利用测试谱线线宽与压强的关系得到压力展宽系数(0.087 12±0.000 965) cm-1·atm-1,与HITARN数据库参考值0.087 1 cm-1·atm-1一致。实验校准了一小量程压力计。结果表明基于光腔衰荡光谱的高分辨吸收谱线测量在压强检测和压力计校准领域具有很好的应用前景。     

一种新的三维轮廓测量方法

提出了一种实用,高效的光电式三维轮廓测量方法.该方法基于激光三角法的基本原理,采用低通滤波与变阈值重心法相结合来提取光刀中心,不但速度快,而且有效地消除了噪音的影响,实现了光刀中心的精确定位.最后又推导出物像之间的线性关系,解决了系统定标问题,实现了物体轮廓的高效、低成本测量.     

核磁共振技术在核材料及其湿度检测中的应用研究

核磁共振技术对核材料贮存环境的改善、核废料的长期安全管理具有非常重要的意义。在分析环境因素对铀、钚核材料贮存期间品质变化影响的基础上。探讨了核磁共振方法对核材料进行探测的技术,研究了核材料贮存中湿度的测量和水分子的迁移规律。Nuclear magnetic resonance（NMR） technology play an import role in improving nuclear material stockpile circumstances and long-term security management of nuclear waste materials. Based on analyzing the circumstance factor that influence the qualitative change of the nuclear material of uranium and plutonium during their stockpile, nuclear materials detection technology with NMR method was discussed, and at the same time, moisture measurement and the water molecule moving rule in nuclear materials during their stockpile were also studied with the same method in this paper.     

中红外光谱的HFC水分含量和粘度测量

针对水-乙二醇抗燃液压液（HFC）目前常用的水分含量和粘度测量方法存在操作复杂,耗时长,测量成本较高等问题,研究了将中红外光谱分析法应用于HFC水分含量和粘度测量。以85个实际在用油样为样本集,采用传统的电量法和毛细管法分别测量水分含量和运动粘度;使用衰减全反射液体池（ATR）采集各样本的中红外光谱并进行光谱校正、背景扣除、Savitzky-Golay(SG)平滑处理和基线校正等预处理。水分含量测量模型构建过程中,利用学生化残差-杠杆值法寻找强影响点,判定为异常样本并加以剔除;利用马氏距离SPXY法划分建模样本集和验证样本集。根据Beer-Lambert定律,水分含量和红外光谱吸光度成正比,采用线性方法来构建水分含量和吸光度红外光谱之间的关系模型。同时为提高模型的鲁棒性和泛化能力需要消除光谱中的无用信息、冗余信息和噪声,因此采用后向间隔偏最小二乘法（BiPLS）进行水分含量测量特征谱区优选,并建立线性校正分析模型。结果表明剩余3 526~3 354,1 790~1 618,3 005~2 660和1 096~924 cm-1波段时获得最小的交叉验证均方根误差（RMSECV）。特征波段优选结果可以理解为,根据3 526~3 354 cm-1波段预测HFC体系中所有OH的量,减去根据3 005~2 660和1 096~924 cm-1波段换算得到的乙二醇中的OH,进而计算得到水分含量,为进一步提高精度,将水中OH变角振动吸收峰对应的1 790~1 618 cm-1波段作为水分含量测量的辅助波段。利用独立验证样本进行模型检验,结果表明所建立的线性模型相关系数（r）为0.989 5,预测均方根误差（RMSEP）为0.405 2,满足HFC中水分含量测量精度需求。粘度测量模型构建过程中,利用马氏距离法寻找离群样本,判定为异常样本并加以剔除,利用马氏距离SPXY法进行建模样本集和验证样本集划分。粘度是一个与多重因素有复杂关系的理化指标,和红外光谱之间表现为非线性关系。基于主成分分析结合BP神经网络法（PCA-BPNN）构建非线性粘度校正分析模型,提取累积贡献率为95.12%的前10个主成分作为输入,测得的粘度值为输出,创建单隐层BP神经网络并进行训练,训练结果相关系数r为0.996 8。利用独立验证样本进行模型检验,结果表明所建立的非线性模型r为0.984 3,RMSEP为0.615 1,满足HFC粘度测量精度需求,且优于采用BiPLS线性模型获得的结果。确定了可用于HFC中水分含量测量的四个中红外波段,可为窄带红外光谱分析法或其他类似研究提供依据。研究结果表明中红外光谱分析法结合BiPLS和PCA-BPNN分析法可分别应用于HFC水分含量和粘度测量,精度符合监测需求,为HFC中分含量和粘度测量提供了一种新的测试方法,相比于传统测量方法具有快速、无损、低成本的特点。     

激光脉冲加热下含湿多孔介质温湿信号的测量与分析

本文介绍了一种动态测量激光脉冲加热下多孔介质温湿信号变化的方法。借助于响应时间为１μｓ的超小型薄膜电阻及日本 ＹＯＫＯＧＡＷＡ ＤＬ２７００数字示波器,研制了能对激光脉冲加热下多孔介质温湿信号的变化迅速作出响应的测量系统。利用可编程ＮｄＹＡＧ激光发生器触发高能流密度的小尺寸短脉冲激光,轰击有高空隙率及热延迟时间为秒量级的纸张,进行测定多孔介质温湿信号变化的实验。通过实验发现,在该测量系统下可观测到明显的湿纸张温度信号的阶跃与波动效应以及湿份信号的突变特征。信号洁净、干扰小、信噪比高,信号有良好的跟随性,从而为研究多孔介质超急速传热传质过程中热质的传递行为提供实验测量手段。     

Ultrasonic sensor to characterize wood pulp during refining

A novel sensor concept has been developed for measuring the degree of refining, the water retention value (WRV), and the weight percentage of wood pulp during the refining process. The measurement time is less than 5 min and the sensor can operate in a slip-stream of the process line or as an at-line instrument. The degree of refining and the WRV are determined from settling measurements. The settling of a pulp suspension (with a weight percentage less than 0.5 wt%) is observed, after the mixer, which keeps the pulp uniformly distributed, is turned off. The attenuation of ultrasound as a function of time is recorded and these data show a peak at a time designated as the "peak time." The peak time T increases with the degree of refining, as demonstrated by measuring pulp samples with known degrees of refining. The WRV can be determined using the relative peak time, defined as the ratio T(2)/T(1), where T(1) is an initial peak time and T(2) is the value after additional refining. This method offers an alternative WRV test for the industry to the current time-consuming method.     

低本底伽马能谱测量在沉积岩分类判别中的应用及其影响因素探讨

沉积岩中放射性元素铀、钍、钾的含量主要取决于岩石中泥质的含量,而泥质含量的高低是判别沉积岩类别的主要依据,因此,可以将铀、钍、钾的比活度或含量值作为判别沉积岩岩类的量化指标。利用低本底伽马能谱法测量岩石样品中铀、钍、钾的比活度或含量,可以快速、准确地进行岩类判别。由于放射性测量受样品几何形状、样品质量及其所含水分含量变化的影响,因此岩类判别的准确性会受到影响。通过理论探讨和实验验证,发现各待测核素特征峰计数率值与样品质量成线性关系, 且不同的能量区域、不同的岩性,线性关系系数与趋势拟合程度都是不同的;当样品的水分含量不超过10%(取样时,岩屑水分不超过10%)时,对测量结果的影响很小(变化值均在一倍均方差以内),因此,水分含量对低本底伽马能谱法判别沉积岩岩类的准确性不产生显著的影响,一般可以不予考虑。对陕西定边某油气勘查区钻孔岩屑样品进行判别试验,对实测数据进行质量校正后,利用铀、钍、钾道的“归一化”计数率值(即单位质量的计数率)只能粗略地划分不同沉积岩的大类,再以铀、钍、钾特征峰的合峰计数率建立综合判别模式,能够对岩类进行进一步细分,且判别准确度达到75%以上。     

同轴线法在小孔径真空元件阻抗测量中的应用北大核心CSCD

粒子加速器中真空元件的阻抗是引起束流不稳定的重要原因。基于储存环的新一代同步辐射光源的设计发射度更小,相应地要求更小的真空盒孔径,进而带来阻抗的显著增加,这就要求在设计阶段对真空元件的阻抗进行准确的评估和优化。阻抗测量是验证阻抗模型准确性的重要手段,而同轴线法是常用的实验室测量方法。对小孔径真空元件同轴线法纵向阻抗测量进行了研究,针对窄带阻抗元件,使用pillbox腔开展了相关的阻抗测量,研究了不同的内导体尺寸对于测量结果的影响,同时基于尾场模拟、散射参数模拟以及本征模模拟对测量结果进行了验证,模拟和测量结果符合很好,并证明原有的内导体导致谐振峰频移的理论分析应用于小孔径元件时存在偏差。此外针对非窄带阻抗元件,对条带冲击磁铁结构进行了同轴线法阻抗测量,研究了内导体对结果的影响,验证了同轴线法测量的有效性。