基于FTIR技术和稀疏线性判别分析的秦艽种类鉴别

傅里叶变换红外光谱通常包含有大量的波长变量点,对其进行定性分析需要建立稳健的、可解释性的分类模型。稀疏线性判别分析(SLDA)是一种较为新颖和有效的机器学习算法,常用于高维度、小样本数据的变量筛选和判别分析,SLDA通过在线性判别分析中引入正则项,使分类器训练过程和变量选择过程同时完成,不同判别方向上载荷系数的稀疏性则增强了模型的可解释性。采集甘肃不同产地的秦艽样本94个,其中麻花秦艽(Gentiana straminea Maxim)30个,黄管秦艽(Gentiana officinalis)28个,大叶秦艽(Gentiana macrophylla Pall)36个,利用傅里叶变换红外光谱法获得所有样本的光谱图。取其中70个样本构成训练集,剩余24个为测试集。使用训练集建立SLDA模型,对2个判别方向上不为0的载荷系数个数进行网格化寻优,得到了最优的参数空间。利用建立的SLDA模型对测试样本进行预测,其分类准确率达到100%,实现了对三种秦艽的快速、准确鉴别。实验结果表明,与PLS-DA方法相比,SLDA模型在分类准确率、稀疏性及可解释性方面均具有一定优势,是一种新颖、有效的光谱定性分析方法。     

二维相关光谱的猪肉TVB-N特征变量优选研究

为了探讨利用二维相关可见/近红外光谱法优选猪肉挥发性盐基氮(TVB-N)特征变量的可行性,以贮藏时间为外扰,研究了不同新鲜程度猪肉样本的二维相关光谱特性。首先,获取56个猪肉样本在贮藏1～14 d的400~1 000 nm范围的可见/近红外反射光谱,经过标准正态变量变换(SNV)处理后,基于全波段光谱建立TVB-N的偏最小二乘回归(PLSR)模型。然后,依据TVB-N实测值,从中挑选出10个具有一定浓度梯度的样本(贮藏时间分别为0,36,72,108,144,180,216,252,288和324 h),利用一阶导数对光谱进行预处理后,根据不同样本之间的光谱差异,选取7个波段用于二维相关光谱解析。分析各个波段的二维相关同步谱和自相关谱,从7个波段范围内共选取23个变量作为不同贮藏时间下与TVB-N相关的敏感波长,并建立简化的PLSR模型。相较于全波段光谱数据所建模型,模型效果有所改善,预测集决定系数R2_p由0.792 1上升至0.865 8,误差从3.658 2 mg·(100 g)-1下降至3.246 0 mg·(100 g)-1。表明基于二维相关光谱对猪肉TVB-N特征变量进行优选的思路是可行的,该方法能够从全光谱数据中筛选出与目标物质相关的敏感变量,这也为近红外光谱特征波长选择提供了一个新的方法。     

无创血液成分检测中基于VIP分析的波长筛选

自变量筛选是定量光谱分析领域的研究热点,简便且高效的自变量筛选方法不但可以降低分析计算量,提高分析精度,同时还可以减轻对仪器光谱分辨能力的依赖,降低分析成本。波长筛选也是光谱法无创血液成分检测研究的重要环节。动态光谱理论为血液无创检测提供了极佳的思路,但长期局限于使用宽带光源和高分辨率的光谱仪器,分析中需要大量波长限制了动态光谱法的进一步发展。为了去除冗余信息,使检测走向低成本化和集成化,提出了基于变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)分析的波长筛选方法。通过分析PLS模型中各维自变量对因变量的解释能力,从而剔除重要性较低的变量保留解释能力强的波长。以232例受试者的临床实验数据为基础,以血红蛋白含量为分析对象,经投影重要性分析后将波长数由586降至64,波长筛选后血红蛋白预测模型的测试集平均相对误差(MREP)为1.82%,使用了极少的波长便可得到满意的结果;结合Bootstrap方法对模型进行显著性检验后验证了波长变量的解释能力。首次指出了使用动态光谱法检测血红蛋白的敏感波长带。基于投影重要性分析的波长筛选迈出了动态光谱走向实用的重要一步,为实现低成本在线分析打下了基础,同时也为其他领域的光谱分析提供了重要的参考和新的思路。     

西范坪矿区土壤铜元素的高光谱响应与反演模型研究

为解决传统的土壤地球化学测量方法成本高、效率低等问题,研究了利用可见-近红外光谱技术检测土壤重金属含量的简易方法。研究对西范坪矿区土壤反射光谱进行微分、连续统去除等六种变换,利用逐步回归法和皮尔逊相关系数选出对土壤铜含量敏感的特征波段,组成综合特征变量集,再应用不同的特征变量选取方法和参数建立估算模型并检验。结果表明：不同的光谱变换方法对土壤铜含量信息提取能力不同,每种光谱变换都对应特定的敏感波谱区间;基于综合光谱变换信息建立的土壤铜含量反演模型精度优于基于单种光谱变换信息建立的模型;利用综合光谱变换信息建立土壤铜含量反演模型,后向剔除法优于前向引入法和逐步回归法,当Removal取0.20时得到最优回归模型,其模型决定系数R2和预测模型决定系数R2_pre分别达到了0.851和0.830,建模均方根误差RMSEC和预测均方根误差RMSEP分别为0.349和0.468 mg·kg-1,能较好地检测土壤铜含量,同时为其他土壤重金属元素的光谱检测提供了思路。     

HL-2A 装置EPICS 过程变量管理自动化系统

通过分析子系统接入EPICS 平台时大量的数据定义以及数据转换问题,研究了EPICS IOC 数据库构成和EPICS 数据组成结构。采用基于ASP.NET 构架的C#编程技术实现了EPICS 过程变量(PV)管理自动化系统,并提供相应的操作界面。该系统解决了IOC PV 信息收集与数据保障的问题,实现了PV 的批量存储、权限管理、历史查询和实时更新等功能。     

游标卡尺在金属线胀系数测量中的应用

针对传统的光杠杆测定金属线胀系数实验中涉及仪器多、待测物理量多以及实验调节繁琐等问题,利用现有的金属线胀系数测量仪,设计了一种用游标卡尺测定金属线胀系数的实验装置,该装置用游标卡尺直接测量金属铜杆受热而发生的微小形变量,再通过计算获得线胀系数值。     

钝体射流火焰及其点火过程的大涡模拟

钝体燃烧器广泛应用于航空发动机、燃气轮机、锅炉等设备的燃烧室中.对其点火过程的了解和控制直接关系到设备的安全运行和污染物排放等重要问题.我们采用基于火焰面/过程变量燃烧模型的大涡模拟方法对湍流非预混钝体射流火焰及其点火过程进行了详细的数值模拟.以Sydney钝体燃烧器的无反应射流和有反应甲烷/氢气(CH_4/H_2)火焰为研究对象,首先通过统计平均的数值结果与实验测量及文献数据的对比,全面检验了所用数值方法和燃烧模型;随后,详细展示了钝体燃烧器点火和火焰发展的瞬态过程;最后,对钝体射流的点火过程进行了细致的分析和表征.根据温度峰值、羟基(OH)质量分数和甲醛(CH_2O)质量分数峰值随时间的变化表征了强制点火过程的4个阶段:点火源衰减、点火触发、点火核生成和点火成功.其中,点火核驻留的空间位置位于钝体燃烧器冷态流场外侧涡的尾部回流区域附近.     

综合考虑宏细观缺陷的岩体动态损伤本构模型

针对节理岩体同时含有节理、裂隙等宏观缺陷及微裂隙、微孔洞等细观缺陷的客观事实, 提出了在节理岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏细观缺陷的观点。为此, 首先对基于细观动态断裂机理的经典岩石动态损伤本构模型—TCK(Taylor-Chen-Kuszmaul)模型进行了阐述, 其次基于Lemaitre等效应变假设推导了综合考虑宏细观缺陷的复合损伤变量(张量), 进而在此基础上建立了相应的节理岩体动态损伤本构模型, 并利用该模型讨论了载荷应变率及节理条数对岩体动态力学特性的影响规律。结果表明, 在不同载荷应变率下试件在变形初始阶段是重合的, 而后随着应变的增加, 试件峰值强度、峰值应变及总应变均随载荷应变率的增加而增加; 随着节理条数的增加, 试件峰值强度逐渐降低, 但降低趋势逐渐变缓并趋于某一定值。上述研究结论与目前的理论及实验研究结果的基本规律是一致的, 说明了本模型的合理性。     

岩体爆破近区临界损伤质点峰值震动速度的确定

质点峰值振动速度(PPV)是爆破开挖扰动的重要指标,研究确定岩体临界损伤PPV对爆破损伤控制具有重要意义。以溪洛渡水电站640 m高程马道下边坡岩体的爆破开挖为工程背景,依据岩体跨孔声波测试结果,采用基于LS-DYNA的二次开发技术对保留岩体的损伤演化过程进行了数值模拟,结合数值模拟结果研究了爆破近区PPV的分布特征及其与损伤程度的对应关系,结果表明PPV存在门槛值,当PPV大于该值时,岩体的损伤变量从零开始迅速增加至0.8左右,之后随着PPV的增大,损伤增长速度明显减慢,直至岩体完全损伤;分别基于岩体的损伤度、最大拉应力的PPV判据以及近区拉应力峰值与PPV的统计关系等3种方法确定岩体临界损伤PPV,从定量衡量损伤区范围看,常用的基于最大拉应力的PPV判据确定的临界损伤PPV偏小,而其余2种方法确定的临界损伤PPV相对精确。     

纸页受力微损伤演化过程的声发射及多元统计特征

纸页受载后的损伤断裂行为涉及其使用性能,对其损伤断裂过程的研究不仅有助于揭示纸页破坏行为的物理本质,而且有助于对纸页质量及其生产、加工工艺作出更加科学合理的评定。本文基于声发射(Acoustic Emission,AE)实验研究纸页内部微损伤演化过程,给出了评估纸页宏观损伤断裂性能的定量描述方法。首先,根据AE信号与微损伤事件之间存在本质上的关联性,通过采集和观测纸页试样受载过程中的AE信号来研究纸页损伤断裂的基本特征;其次,针对所采集AE信号的数据量大、蕴含信息丰富导致数据分析和处理困难的特点,本文采用多元随机变量的分析方法。利用概率熵和Andrews曲线法等统计分析手段对AE数据展开研究分析,并最终利用一条损伤状态轨迹曲线实现了对纸页微损伤演化过程的完整宏观描述。结果表明,纸页微损伤演化过程呈现明显阶段性变化特征;Andrews曲线的聚类结果有效地区分了不同损伤阶段的相似性和差异性,同时,不同损伤阶段中纸样的微观形貌观测提供了实验性的证据。本文以一种典型的牛皮箱板纸为试件,验证了上述方法的有效性。