湿度对水泥生料近红外光谱检测的影响及补偿方法

近红外光谱检测已被应用于水泥生料成分的快速检测,但现场环境中的湿度等因素会对光谱产生干扰,从而降低检测精度。为了提高检测精度,在实验分析湿度对水泥生料近红外光谱检测影响的基础上研究了补偿方法。在水泥厂选取了24份水泥生料样本,其中18份作为校正集,6份作为验证集;水泥生料中的有效成分为SiO2,Al2O3,Fe2O3和CaCO3,各成分含量的标准值由X射线荧光光谱分析测出。首先,将校正集的18份样本每份重复装样测5次光谱,用得到的90个光谱建立模型Ⅰ;再每份样品制作5个湿度梯度样本,其获得过程为,先将样本放置在电加热平台上,用玻璃棒将样本摊平,180℃下加热30 min,再将样本放置在散热片上进行降温,待样品恢复室温后取出进行第一次光谱扫描,得到1个光谱,将测量后的样本放入搅拌器,使用装有去离子水的喷雾器对其喷雾两次,然后搅拌30 s混合均匀,测量混合后的样本得到下一个光谱,重复该过程,得到具有湿度梯度的5个光谱。所有样本均采用烘干法进行湿度测量,样本湿度变化区间在0.6%~2%以内。对每个湿度梯度的样本测量1次,用得到的这90个光谱建立模型Ⅱ。然后,将验证集的6份样本每份制作5个湿度梯度,获取方式与校正集相同,对每个湿度梯度的样本测量1次,得到30个光谱。所有光谱均采用多元散射校正预处理,拟合波段选择4000~5000 cm^-1,建模方法采用偏最小二乘法。比较同一份样本的5个湿度梯度,可以看到在5200 cm^-1处光谱差异最大,在其他位置也有肉眼可见的明显差异,因此,湿度变化对全波段光谱有明显的影响。最后,将这30个光谱输入模型Ⅰ与模型Ⅱ进行验证,并对比模型Ⅰ与模型Ⅱ的预测均方根误差RMSEP。模型Ⅱ中SiO2,Al2O3,Fe2O3和CaCO3的预测均方根误差RMSEP比模型Ⅰ分别减小了25%,31.3%,33.3%和25%。实验结果表明,水泥生料样本湿度对近红外光谱模型的预测结果具有一定的影响,采用具有湿度梯度的样本进行建模可有效降低湿度对预测结果的影响。     

水泥生料品质激光在线检测设备研制

水泥质量的优劣直接影响到建筑工程的安全,使用品质合格的水泥材料是保证工程结构质量的必要前提,因此快速检测水泥生料成份对于及时指导调整原料配比和保障水泥产品品质具有重要意义。传统的生料检测需要经过取样、制样、化验等环节,检测结果严重滞后于生产。我们通过产学研协同攻关,研制了一套基于激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)技术的水泥生料品质在线检测设备,该设备由LIBS光学检测系统和气动取送样系统两部分组成,实现了对水泥生产线上水泥生料品质的实时连续测量,避免了传统的取制样环节,从而大大缩短了化验时间,所测水泥生料成分的实时数据能够及时指导调整水泥原料的配比,保证水泥质量的合格。我们利用该LIBS水泥品质在线检测设备对水泥生产线上生料中的主成分Al₂O₃,CaO,Fe₂O₃,MgO和SiO₂进行了定量分析,利用全谱归一化和支持向量机(support vector machine,SVM)对水泥生料建立定标模型,对水泥生料中Al₂O₃,CaO,Fe₂O₃,MgO和SiO₂测量的最大误差分别是0.34%,0.35%,0.07%,0.14%和0.55%。现场实验结果表明,本水泥生料品质激光在线检测设备的测量结果与传统化验法的结果相吻合,测量精度与X射线荧光光谱法(XRF)相接近,从而证实了LIBS可以作为水泥在线检测的一种有前景的方法。     

近红外光谱通用模型在农产品及食品检测中的研究进展

我国人口基数大,农产品和食品的需求量多。农产品和食品的质量与安全与人们的日常生活息息相关。如何实现使用无损、快速、环境友好型、高通量的检测方法对农产品和食品的品质进行检测,是当代社会的发展需要。传统的检测分析方法存在着耗时耗力、检测的样品不能再次出售、产生次品漏检的现象等缺点。近红外光谱分析技术作为一种快速无损的检测手段,逐渐被一些学者以及相关行业人员所重视。然而,近红外光谱分析方法大多数只针对于单一物料建立数学模型。对于数量庞大且种类众多的农产品和食品而言,如不同地域、不同年份、不同温度、不同加工方法、不同成分组成甚至是不同品种,这种相对传统的近红外分析方法无疑会增加建模的工作量。随着计算机技术、光谱仪硬件、化学计量学以及互联网技术的发展,相关学者已经开始着手于近红外光谱通用模型的研究与开发来解决这一问题,即建立一个近红外通用模型,能够对多种物料的同一指标或多种指标进行检测。相比于传统的近红外光谱模型,通用模型具有建模成本低、工作量小等优点,特别使近红外光谱技术在农产品和食品领域中应用以及推广方面具有重要的意义。针对近红外光谱通用模型在农产品和食品检测中的研究进行综述,通过比较传统模...     

脐橙糖度近红外光谱在线检测数学模型优化研究

目的是优化脐橙糖度近红外光谱在线检测数学模型,提高检测精度.在700.28～933.79 nm光谱范围内,根据建模集样品在不同波长处的变异系数,选择基准波长点,计算样品的反射比光谱.吸光度和反射比光谱,经不同光谱预处理后,分别采用偏最小二乘法(PLS)和最小二乘支持向量回归法(LSSVR),建立脐橙糖度近红外光谱在线检...     

近红外光谱检测技术在害虫检测中的应用

近红外光谱是20 世纪80 年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术。以其快速、无损伤、操作简单、稳定性好、效率高等特点,在仓储害虫检测、种子害虫侵染检测和林草害虫危害检测中的应用已成为一个活跃的研究领域。而近红外光谱技术在我国害虫检测中的研究和应用则较少,处于刚刚起步阶段。因此,文章介绍了利用近红外光谱技术检测的基本原理, 综述了国内外利用近红外光谱技术检测农林业害虫的应用情况,并对近红外检测技术在害虫检测上的应用进行了展望,以期推动近红外光谱技术在我国害虫检测科技和生产中的应用。     

尿微量白蛋白的可见-近红外光谱检测

尿微量白蛋白是临床上检测肾损伤最可靠的诊断指标.为实现尿微量白蛋白快速无试剂检测,本文采用多光程方式得到207例尿液样品可见-近红外双波段的多光程光谱,基于多光程光谱的非线性特性,获得更多样品成分含量的信息.在首先进行PLS建模的基础上,使用PLS-ANN建模方法引入非线性信息,对样本的可见-近红外波段多光程光谱与尿微...     

基于近红外漫反射光谱的丁香蓼叶片重金属铜含量快速检测研究

植物中的重金属离子以一定形式与具有近红外吸收的有机分子基团结合, 因此可以借助近红外光谱技术间接检测其重金属离子含量。研究了基于近红外漫反射光谱技术快速检测丁香蓼叶片中重金属铜含量的方法。通过不同光谱数据预处理方法的对比,结合偏最小二乘法,建立了丁香蓼叶内重金属铜含量近红外光谱检测定量模型。实验结果为,经过平滑处理的光谱建模效果较理想,其建立的校正相关系数为0.950,校正均方根误差为5.99;外部验证相关系数为0.923,预测均方根误差为7.38。研究表明,近红外漫反射光谱技术用于丁香蓼叶片中重金属铜含量的快速检测具有可行性。     

一种油田原油含水率的近红外光谱检测与分析方法

石油作为重要战略资源,对其组分进行实时分析检测在石油化工领域有着重要意义。随着石油资源的不断开发,在已长时间开采油井的生产过程中以及新油井开采前,需要对井下原油组分进行分析检测,以判定开采的必要性。原油组分实时检测,在原油开采、生产、储运以及销售过程中都起着关键的作用,针对传统检测方法存在精度低、效率低等问题,近年来在原油组分检测技术的研究方法上引入了在测量领域得到广泛、有效应用的近红外光谱测量技术。以井下原油作为研究对象,利用从大庆油田获得的提纯原油与水按体积比配制了原油占比分别为1%~20%共39个组分的实验样品来模拟井下原油。研究了近红外光谱透射法测量原油组分的基本原理,并利用SW2520型近红外光谱仪与卤素光源以及配套组件集成了原油样品近红外光谱数据测量系统,完成了系统的标准化实验并利用此标准化后的系统采集了39个组分原油样品的近红外吸收光谱数据。利用移动窗口平滑法、Savitzky-Golay卷积平滑法以及Savitzky-Golay卷积求导法对原油近红外光谱数据进行预处理以消除噪声,利用偏最小二乘法和支持向量机回归方法SVR两种分析方法对预处理后的原油样品近红外光谱进行建模,分别建立了原油组分分析预测模型。研究结果表明,利用偏最小二乘法模型预测均方根误差为0.003 755 14,决定系数R2为0.999 999,预测精度优于0.1%,预测效果十分理想。利用近红外光谱技术对配制的不同比例的井下原油模拟测试样品进行测试建模和分析,为井下原油组份检测提供了一种新的思路,该方法可以有效的解决原油含水率的检测问题,为开发油田现场实时原油检测分析装备提供技术支撑。     

应用遗传算法结合连续投影算法近红外光谱检测土壤有机质研究

应用遗传算法结合连续投影算法近红外光谱检测土壤有机质研究。采集浙江省文城地区农田土壤样品近红外光谱数据,土壤样品数为394个。为简化模型,采用遗传算法结合连续投影算法挑选出18个特征波长建模,应用偏最小二乘回归建立有机质预测模型,建模集的决定系数为0.81,均方根预测误差为0.22, 剩余预测偏差为2.31,预测集的决定系数为0.83,均方根预测误差为0.20,剩余预测偏差为2.45。研究发现,遗传算法结合连续投影算法在简化模型同时,模型的预测评价指标同采用全谱波长建模并没有明显降低。因此,遗传算法结合连续投影算法挑选的特征波长可以应用于近红外光谱检测土壤有机质含量。     

近红外光谱烟叶质量等级快速检测与等级特征分析

烤烟等级质量对配方设计和卷烟工业生产的稳定起着重要的作用.采用传统外观分级法对2018年全国40个地级市产地的768份烤烟烟叶样品进行分类定级,包括7个不同烟叶质量等级.应用近红外光谱建立烟叶质量等级预测模型,分析不同等级烟叶化学基团及相关成分的近红外吸收光谱特征.结果表明:不分产区建立全国烟叶等级预测模型,建模集与预...     

富铁原料对铁系析晶釉的影响机制初探

黑釉瓷是我国古代最普遍的色釉瓷品种之一,由于原料易得,故各地都有烧造,尤其在宋代得到迅猛发展.目前,在古代黑釉中已发现α-Fe2 O3,ε-Fe2 O3,Fe3 O4等多种铁的氧化物析晶,但关于富铁原料对晶体种类的影响机制却鲜有报道.因此,本研究以汝州大峪青石头、红石头和杭州紫金土作为研究对象,采用超景深显微镜、X射线...     

用多元统计分析研究黄冶窑白瓷的原料特征

黄冶窑文化内涵丰富,其创烧于隋,兴盛于唐代中期,停烧于唐代晚期。为探讨不同时期黄冶窑白瓷的胎料来源和釉料配方是否相同,选取黄冶窑隋、早唐、中唐、晚唐四个时期的80个白瓷样品,利用质子激发X射线荧光分析(PIXE)测定各样品胎、釉中9种化学成分(Na₂O、MgO、Al₂O₃、SiO₂、P₂O₅、K₂O、CaO、TiO₂、Fe₂O₃)的含量,用多元统计分析中的Fisher判别分析处理PIXE数据,并计算各样品釉的木灰釉式系数b来划分瓷釉类型。结果表明:黄冶窑四个时期的胎料取自同一或相近的地点,都是就地取材;四个时期的釉料配方比较相似,而四期白瓷的釉料配方最为稳定,且与二期釉料配方最相似,而与一期釉料配方已有明显不同;黄冶窑白瓷釉大部分为钙釉,存在少量钙碱釉和碱钙釉。     

石榴子石热红外波谱特征研究

近年来短波红外高光谱技术已成功应用于含水含羟基蚀变矿物及矿床学研究,但是对于不含水不含羟基矿物探测效果不好,而热红外高光谱技术可以弥补这一技术缺陷,对于含Si_nO_k,SO₄,CO₃和PO₄等原子基团的矿物具有良好的应用前景。石榴子石是一种重要的含Si_nO_k 基团的岛状结构硅酸盐矿物,根据成分可分为钙铝榴石、钙铁榴石、镁铝榴石、铁铝榴石及锰铝榴石等不同端元,石榴子石成分对成矿温压环境及成矿中心预测具有重要的研究意义。目前针对石榴子石热红外波谱特征研究非常欠缺。故采集不同成分、不同颜色石榴子石样品16件,创新性地运用美国Agilent4300热红外波谱仪开展热红外波谱特征研究,同时运用美国Niton手持式XRF分析仪开展石榴子石同一测量位置的SiO₂,MgO,Al₂O₃,K₂O,CaO和Fe₂O₃等主量元素含量测试,并分析波谱吸收位置与主量元素含量之间的关系。结果表明石榴子石在热红外波段10~13 μm具有左高右低的双峰式诊断性波谱特征,在11.5 μm附近呈现一个主吸收谷,在12 μm附近有一个次级吸收谷,且主吸收谷及次级吸收谷波长位置与石榴子石Al₂O₃和Fe₂O₃含量具有良好的相关性,相关系数大于0.9,即波谱吸收谷的波长位置与Al₂O₃含量具有线性负相关关系,与Fe₂O₃含量具有线性正相关关系。据此研究结果,可以快速开展石榴子石矿物成分的野外鉴定,还可以快速开展矽卡岩矿床野外蚀变分带研究,进而指导找矿勘查。揭示了不同成分石榴子石矿物的热红外波谱特征,对其他架状硅酸盐、岛状硅酸盐、单链状硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐矿物的热红外波谱特征研究具有重要的指导意义。     

碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃宽带近红外发光及其调控机理

可调宽带近红外发光材料作为红外光源和可调谐光纤激光器核心组件,在高容量光纤通信、成像和遥感等现代技术中发挥着至关重要的作用.本文研究了碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃的宽带近红外发光性能调控方案及其机理.通过引入碳构建还原气氛,还原TeO2原料为碲原子;再优化CaO、Al2 O3含量,调整碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃中碲拓扑笼的结...     

Toplayer-dependent crystallographic orientation imaging in the bilayer two-dimensional materials with transverse shear microscopy

Nanocontact properties of two-dimensional (2D) materials are closely dependent on their unique nanomechanical systems, such as the number of atomic layers and the supporting substrate. Here, we report a direct observation of toplayer-dependent crystallographic orientation imaging of 2D materials with the transverse shear microscopy (TSM). Three typical nanomechanical systems, MoS₂ on the amorphous SiO₂/Si, graphene on the amorphous SiO₂/Si, and MoS₂ on the crystallized Al₂O₃, have been investigated in detail. This experimental observation reveals that puckering behaviour mainly occurs on the top layer of 2D materials, which is attributed to its direct contact adhesion with the AFM tip. Furthermore, the result of crystallographic orientation imaging of MoS₂/SiO₂/Si and MoS₂/Al₂O₃ indicated that the underlying crystalline substrates almost do not contribute to the puckering effect of 2D materials. Our work directly revealed the top layer dependent puckering properties of 2D material, and demonstrate the general applications of TSM in the bilayer 2D systems.     

微通道板离子壁垒膜粒子阻透特性的蒙特卡罗模拟

在三代微光像管中,微通道板(MCP)输入面上覆盖一层超薄离子壁垒膜(IBF),目的是保护光电阴极,延长像管使用寿命.为了深入研究离子壁垒膜的特性,本文对Al2O3和SiO2两种离子壁垒膜的粒子阻透能力进行了蒙特卡罗模拟,结果表明:5 nm厚Al2O3和SiO2离子壁垒膜的死电压分别为230 ～240 V和220～230...     

土壤铬的航空高光谱间接反演模型及可迁移性研究

铬（Cr）是我国东北黑土区土壤重金属污染评价中的主要目标元素之一,随着航空高光谱技术的引入,Cr含量的高光谱反演具备了大范围应用的数据基础,其中影响调查质量的关键是高光谱模型的精度及应用范围。常用的建模方法是利用各类统计学手段进行光谱特征提取并建模,局限性表现为建模结果受样本选择的影响较大,模型泛化能力不强。研究以土壤Cr的赋存规律为切入点,设计了一种新的基于Cr影响因素及光谱特征的间接反演模型,改善了模型在不同地区的适用性。选择黑龙江省建三江和海伦两个研究区,高光谱数据来自CASI/SASI航空高光谱成像系统,波段范围380～2 450 nm,建三江和海伦研究区地面采样数量分别为225个和121个,分析获得土壤Cr元素及SOM,N,P,K₂O,SiO₂,Al₂O₃,Fe₂O₃,CaO,MgO,Na₂O和pH等理化参数,建模方法采用偏最小二乘法。Cr的赋存规律分析结果表明,Cr在两个研究区均表现为与Al₂O₃,Fe₂O₃,MgO,K₂O和pH呈极显著的正相关关系,与SiO₂,Na₂O和SOM呈极显著的负相关关系,该特征为间接反演模型的建立提供了基础。两个地区Cr的光谱特征分析结果共同表明,光谱反射率经变量标准化（SNV）变换后与Cr含量的相关性最明显,特征波段为1 520,2 195,2 210和2 225 nm。将光谱SNV变换后的特征波段作为纯光谱模型自变量,将SNV特征波段和上述与Cr密切相关的土壤组分作为间接反演模型的自变量,建模结果显示,相比于纯光谱模型,建三江研究区的间接反演模型将建模R2由0.643提升到了0.751,验证R2由0.571提升到了0.687,海伦研究区的间接反演模型将建模R2由0.537提升到了0.676,验证R2由0.471提升到了0.643,间接模型相应的均方根误差（RMSE）也得到了降低,可见间接反演模型明显提升了Cr的反演精度。两个研究区之间的模型迁移性实验结果表明,纯光谱模型的可迁移性较差,模型迁移后实测与预测值的回归R2接近于0,而间接模型在两个研究区间的迁移能力得到了显著提升,海伦的间接反演模型应用到建三江时,实测与预测值的回归R2达到0.597 5,而建三江的间接模型应用到海伦时,回归R2为0.577 3。研究结果可为土壤Cr在不同地区的大范围反演制图提供一种新的途径。     

A self-driven photodetector based on a SnS2/WS2 van der Waals heterojunction with an Al2O3 capping layer

Photodetectors based on two-dimensional (2D) materials have attracted considerable attention because of their unique properties. To further improve the performance of self-driven photodetectors based on van der Waals heterojunctions, a conductive band minimum (CBM) matched self-driven SnS₂/WS₂ van der Waals heterojunction photodetector based on a SiO₂/Si substrate has been designed. The device exhibits a positive current at zero voltage under 365 nm laser illumination. This is attributed to the built-in electric field at the interface of the SnS₂ and WS₂ layer, which will separate and transport the photogenerated carriers, even at zero bias voltage. In addition, the Al₂O₃ layer is covered by the surface of the SnS₂/WS₂ photodetector to further improve the performance, because the Al₂O₃ layer will introduce tensile stress on the surface of the 2D materials leading to a higher electron concentration and smaller effective mass of electrons in the films. This work provides an idea for the research of self-driven photodetectors based on a van der Waals heterogeneous junction.     

矿物掺合料作为砂浆细集料的水化产物与光谱性能研究

粉煤灰、锂渣和钢渣作为工业废渣,等质量替代水泥时其利用率往往较低,为了大量地使用这些工业废渣。采用X射线单晶衍射仪、同步热分析仪、傅里叶红外光谱仪和电镜扫描分析方法,研究了锂渣、粉煤灰和钢渣替代细集料后砂浆的水化产物、光谱特性、微观形貌,并探讨了砂浆抗折/抗压强度随替代率(0%,30%,50%,70%和100%)增长的变化规律。研究结果表明：四种浆体的水化产物主要为CSH凝胶、Ca(OH)₂、少量的AFt和未水化的颗粒(Al₂O₃,SiO₂),其中水泥-锂渣浆体、水泥-粉煤灰浆体、水泥-钢渣浆体中的未水化颗粒还含有一定的Li₂O·Al₂O₃·SiO₂,Ca_1.56SiO_3.5·xH₂O和RO phas。四种浆体以3 467,3 438,2 923,2 348,1 638,1 429,1 111,1 000,768,696和462 cm-1为特征峰,但其峰强有所不同,其活性也不同,参与二次水化反应的程度也不同,因此,水泥-钢渣浆体中Ca(OH)₂的含量明显高于水泥-粉煤灰浆体和水泥-锂渣浆体的现象;但不管是矿物掺合料替代水泥还是细集料,都在浆体中发挥着火山灰活性和填充作用。含三种100%矿物掺合料砂浆的抗折强度和抗压强度均高于纯水泥砂浆,分别(锂渣、粉煤灰和钢渣)约高37.77%/51.88%,14.71%/11.70%,91.95%/34.88%,但其达到峰值的掺量不同。因此,采用矿物掺合料替代细集料是可行的,能大幅度提高工业废渣在混凝土行业中的使用,且能达到节能减排的效果。     

测量离子束横向截面的闪烁体屏的热分析

针对基于闪烁屏-CCD(电荷耦合元件)相机的氘离子束横向强度分布测量系统,利用ANSYS软件模拟计算了在直流及脉冲模式下,能量100 keV、束斑直径3 mm氘离子轰击造成的Al₂O₃, SiO₂以及锗酸铋(BGO)三种候选闪烁体材料的表面温度变化。结果表明,在30 μA的直流氘离子束轰击下,闪烁体表面温度随辐照时间急剧地升高。持续时间10 min的氘离子束轰击将使三种材料前表面的温度分别升高131,234和649 ℃。对于峰值流强30 μA、重复频率1 Hz、脉宽5 μs的重复频率脉冲氘离子束,每个脉冲引起的三种闪烁屏表面的温度升高均小于0.05 ℃,且长时间的离子辐照基本不会造成闪烁屏的表面温度有明显的升高。对于脉宽5 μs的单脉冲氘离子束,三种材料的表面温度均随离子流强近似呈线性地增加。在单脉冲模式下,Al₂O₃,SiO₂以及BGO闪烁屏能允许的最高离子流强分别为2.32,1.08和0.72 A,超过此流强其表面温度将达到熔点。