大豆水分含量的高光谱无损检测及可视化研究

采用近红外高光谱成像技术对大豆水分含量进行快速无损检测,实现大豆水分含量可视化。采集了96个不同品种大豆样本在900～2 500 nm的高光谱图像,采用直接干燥法测量每个大豆样品的水分含量。利用系统自带的HSI Analyzer软件提取图像感兴趣区域（ROI）的平均光谱信息,代表样品的光谱信息。利用SPXY算法划分样品校正集和预测集,并保留938～2 215 nm波段范围内的光谱数据。采用移动平滑（moving average）、S-G平滑、基线校正（baseline）、归一化（normalize）、标准正态变量变换（standard normal variate,SNV）、多元散射校正（multiple scattering correction,MSC）、去趋势（detrending）共7种光谱预处理方法,发现Normalize方法处理后的PLSR模型效果较好。为了去除光谱冗余信息,简化预测模型,采用连续投影算法（SPA）、竞争性自适应加权算法（CARS）、无信息消除变量法（UVE）提取特征波长,其中SPA,CARS和UVE三种算法优选出14,16和29个波长,分别占总波长的6.5%,7.4%和13.4%。分别对938～2 215 nm波段光谱和特征波长建立预测模型,并将效果较优的模型与Normalize方法结合。建立的14种预测模型效果相比较,发现SPA算法筛选的特征波长建模预测效果较好,并优选出Normalize-SPA-PCR模型,模型的R２_C和Ｒ２_P值较高,分别为0.974 6和0.977 8,RMSEP和RMSECV值较低,分别为0.238和0.313,模型的稳定性和预测性较好,可以对大豆水分含量进行准确预测。将Normalize-SPA-PCR模型作为大豆水分含量可视化预测模型,计算高光谱图像每个像素点的水分含量,得到灰度图像,对灰度图像进行伪彩色变换,得到大豆水分含量可视化彩色图像。对预测集的24个大豆品种进行可视化处理,发现不同水分含量大豆的可视化图像颜色不同,水分含量变化对应的颜色变化较为明显。结果表明,高光谱成像技术结合化学计量学可以准确快速无损预测大豆水分含量,实现大豆水分含量可视化,为大豆收获、贮藏加工过程中水分含量检测提供了技术支持。     

合成气一步法直接制低碳烯烃双功能催化剂研究新进展

以乙烯、丙烯和丁烯为主的低碳烯烃是重要的化工基础原料,由合成气一步法直接催化制取低碳烯烃路线因其流程短、能耗低等优势,已成为非石油路线生产低碳烯烃的主要发展方向,其主要包括经费托合成反应制备低碳烯烃的路线(FTO)和基于金属氧化物/分子筛(OX-ZEO)双功能催化剂体系的路线(SDTO)。本工作综述了近年来在合成气制备低碳烯烃方面的研究进展,重点阐述了OX-ZEO双功能催化剂的设计、不同活性位点的耦合制备方法、催化剂表界面调控对其催化性能的影响,详细解析了H₂/CO比、温度、压力、接触时间等反应条件对SDTO反应的调控机制,概括了现代表征技术在揭示OX-ZEO催化反应机理中的应用,同时总结了OX-ZEO的催化反应机理。最后对OX-ZEO双功能催化路径目前存在的挑战和未来的发展进行了展望。     

生物乙醇制高级醇催化剂研究进展

与乙醇相比,高级醇具有高的十六烷值、高能量密度、对发动机部件无腐蚀性、与水不混溶、稳定性好等直接作为燃料或燃料添加剂的优势,将发酵产生的生物乙醇转化为更有价值的高级醇受到了广泛关注。本工作综述了近年来世界各国有关生物乙醇制高级醇的研究进展,包括金属氧化物、羟基磷灰石(HAP)和负载型金属催化剂的研究开发现状,并比较了不同类型催化剂参与下的乙醇转化率和高级醇选择性,结合乙醇经缩合反应制备高级醇的机理进行了讨论,最后对当前生物乙醇制高级醇的挑战以及未来研究趋势进行了总结与展望,指出多功能催化剂的开发是未来研究重点,羟醛缩合是进一步提高生物乙醇制高级醇转化率与选择性的有效策略。     

基于嵌套阵的宽频带恒定束宽快速处理算法

针对宽频带阵列信号处理中的恒定束宽波束形成问题,本文首先分析了几种常见的实现方法,然后重点介绍了基于嵌套阵的组合滤波算法,并指出该算法在多倍频程实时处理应用中面临计算资源不足的限制。本文的重点是在分析原有算法的基础上,对基于嵌套阵的组合滤波算法提出了一系列的改进,改进后的算法在保证精度的前提下,对七倍频程嵌套阵信号的处理时间缩短为原型算法的3.25%。经过试验验证,其处理速度、处理精度以及波束恒定效果都满足设计和使用要求。     

新型切向分块式两面顶超高压模具

以提高年轮式超高压模具的压力承载能力为目标,设计一种新型切向剖分式模具结构。切向剖分式结构通过剖分面上的相互摩擦和挤压,不仅能够消除压缸内壁的周向拉应力,而且在内壁上产生较大的周向压应力。这种受压状态对硬质合金材料非常有利,可以显著提高压缸的极限承载能力。数值模拟结果显示,在相同的载荷条件下,分块式压缸受到的等效应力显著小于年轮式压缸。分块式压缸内壁的3个主应力均为压应力,且差值较小,接近于等静压状态,因此能够承受更高的样品腔压力。对比实验结果同样证明切向剖分式超高压模具结构具有更高的极限承载能力。     

基于核优化密度聚类的绿色苹果分割算法

苹果的可见光谱目标的高效、精准识别是实现果园测产或机器自动采摘作业的关键,由于绿色目标果实与枝叶背景颜色较为相近,因此绿色苹果的识别成为新的挑战。再由于果园实际复杂环境因素影响,如光照、阴雨、枝叶遮挡、目标重叠等情况,现有的目标果实识别方案难以满足测产或自动采摘的实时、精准作业需求。为更好地实现果园自然环境中绿色目标果实识别问题,提出一种新的核密度估计优化的聚类分割算法（kernel density clustering, KDC）。新算法首先利用简单的迭代聚类（simple linear iterative cluster, SLIC）算法将目标图像分割成不规则块,集结小区域内近似像素点组成超像素区域,计算单元由像素点转变为超像素区域,有效降低数据复杂度,且SLIC算法简化图像数据时可有效避免目标果实轮廓模糊;基于超像素构造R-B区域均值和G-B区域均值的二维特征分量,建立针对聚类分析的青苹果颜色特征空间。然后借助密度峰值聚类中心计算绿色苹果图像每个数据点的局部密度和局部差异度,为解决分割边界模糊问题,在计算过程中利用核密度估计计算局部密度,确保局部密度在不同复杂场景中的清晰准确表达,以更精准找出被低密度区域分割的高密度区域,实现任意形状的聚类。最后以局部密度和距离构造寻找聚类中心的决策图,该研究采用双排序算法实现聚类中心的自动选择,完成目标果实的高效分割。新算法通过SLIC算法获得图像的超像素区域表示,数据点的局部密度通过核密度估计得到,大幅降低算法的计算量,实现目标图像的高效、精准分割。为更好地验证新算法性能,实验采集多光照、阴雨等环境下的遮挡、重叠等复杂目标图像,以分割效率、分割有效性、假阳性、假阴性等指标进行评价,通过对比k-means聚类算法、meanshift聚类算法、FCM算法和DPCA算法,该研究提出的新算法分割性能均最优。     

马铃薯近红外光谱无损检测影响因素研究

为提高马铃薯近红外光谱快速无损检测的准确性和稳定性,对比了光纤光源、卤素灯杯光源和环形光源三种光源条件下的光谱,结果显示环形光源的光谱噪声最小,辐照强度与均匀度最好。该工作对光源功率、光源距马铃薯表面距离以及光纤距马铃薯表面检测点距离进行研究,通过三因素三水平响应面试验,评价不同因素水平条件下对马铃薯可溶性固形物含量的光谱模型预测效果,得到最优参数组合为光源功率238.33 W,光纤探头距样品表面距离8.17 mm,光源距样品表面距离370 mm,并建立可溶性固形物定量预测模型。在最优参数条件下,预测偏最小二乘回归模型(PLSR)的相关系数优化到0.867,均方根误差0.149°Brix。为进一步消除设备及环境噪声,通过不同预处理算法降低噪声的干扰,结果显示标准变量排序法去噪效果最好,PLSR预测相关系数可达0.914,预测均方根误差降低到0.132°Brix,既能有效去噪又有较好的预测效果。试验结果表明,响应面试验优化检测环境和条件能有效提高马铃薯品质检测的预测精度,为近红外光谱马铃薯无损检测环境搭建和设备选型提供技术参考。     

合成气一步法制备低碳烯烃和液体燃料催化剂研究进展

以合成气作为平台化合物一步法制备低碳烯烃和液体燃料是有效利用碳资源的重要路径,具备流程短、能耗低的特点,有着良好的工业应用前景。合成气一步法直接转化制备低碳烯烃和液体燃料包括两条工艺路线:费托合成路线和双功能催化路线。本综述简述了两种路线的反应机理,重点阐述了费托合成路线中采用添加助剂和惰性载体对铁基和钴基催化剂的优化设计,费托金属粒径、反应条件、催化剂界面结构对催化剂性能和反应过程的影响。详细解析了双功能催化路线中,一氧化碳活化组分和酸性分子筛的选择、金属氧化物粒径与元素比例、分子筛酸度与孔径大小以及一氧化碳活化组分和酸性分子筛的耦合方式对于催化剂性能的影响。总结了两条路线所具备的优势和面临的挑战,并对未来高效催化剂的发展方向进行了展望。     

楔横轧多楔成形铝合金轴心部质量影响规律与疏松位置预测

楔横轧多楔成形铝合金轴过程中,模具工艺参数对成形质量影响较大.利用三维建模软件建立了楔横轧多楔成形铝合金轴的有限元模型,在Deform软件平台上模拟了不同楔横轧工艺参数对铝合金轴成形质量的影响.通过数据分析,获得了楔横轧模具不同工艺参数影响楔横轧多楔成形铝合金轴的规律.研究结果为铝合金楔横轧多楔成形模具的设计奠定了基础.     

Ti3C2Tx/Au@Pt纳米花复合膜的制备及其无酶H2O2传感器的应用

基于二维过渡金属碳化物(MXene)-Ti_3C_2T_x材料的导电性与Au@Pt纳米花的催化活性,组装了一种用于超灵敏和快速检测H_2O_2含量的Ti_3C_2T_x/Au@Pt纳米花无酶传感器。通过发射扫描电镜和X-射线衍射对制备的Ti_3C_2T_x进行表征。结果表明Ti_3C_2T_x材料表现出特有的手风琴结构,Ti_3C_2T_x/Au@Pt为以Au粒子为中心,Pt粒子环绕周围组成蒲公英状纳米球。研究了H_2O_2在Ti_3C_2T_x/Au@Pt纳米花修饰玻碳电极上的循环伏安曲线和时间电流曲线,结果显示该修饰电极检测H_2O_2具有线性范围良好(0.03～1 100μmol/L)、灵敏度高(检出限可达0.02μmol/L)、抗干扰性和再现性好等优点。与传统滴定法相比,该新型无酶传感器能在复杂环境下快速准确检出H_2O_2含量。