油纸绝缘老化状态判别的拉曼光谱特征研究

获取能准确反映油纸绝缘老化的有效特征量,对实现油纸绝缘老化的准确诊断具有重要意义。表面增强拉曼光谱技术在油纸绝缘老化诊断领域已表现出一定的应用潜力。对25#矿物变压器油和普通牛皮纸构成的油纸绝缘试品进行了加速热老化实验,结合共聚焦拉曼光谱检测平台和银纳米片表面增强基底获取其拉曼光谱信号,从多种角度提取了拉曼光谱特征量。使用竞争性自适应重加权算法在提取出光谱的关键变量,其结果对应了油纸绝缘老化特征物的主要特征峰;使用VOIGT函数对光谱进行解析,解析峰的轮廓参数与油纸绝缘老化程度之间呈现相关性;以绝缘纸聚合度为依据将样本进行老化程度分类,光谱的前8个主成分及其载荷不仅与老化特征物和老化程度呈现相关性,且能够对样本进行准确分类;最后对光谱进行了小波包能量熵分析,分析了油纸绝缘老化过程中拉曼光谱的能量变化情况。研究成果为表面增强拉曼光谱技术应用于油纸绝缘老化诊断提供了依据,为实现油纸绝缘设备故障与老化状态的快速、非接触的现场诊断奠定了基础。     

基于小波包能量熵和Fisher判别的油纸绝缘老化拉曼光谱诊断

准确诊断油纸绝缘材料的老化程度是保证油纸绝缘设备安全运行的重要技术手段。拉曼光谱在物质成分分析及状态诊断领域已经普遍应用。结合实验室搭建的油纸绝缘拉曼光谱分析平台，根据绝缘纸的平均聚合度将加速热老化实验获得的油纸样本分为四个老化阶段。通过对不同老化样本拉曼光谱所包含的能量信息分析，运用小波包能量熵提取特征量，结合Fisher判别法构造判别函数，建立基于拉曼光谱老化特征量的油纸绝缘老化诊断模型，并收集现场变压器油样验证诊断模型的泛化能力。结果表明，两个判别函数能区分不同老化阶段的绝缘油样，对于老化样本的判别正确率达到84.2%。拉曼光谱结合小波包能量熵和Fisher判别分析法能够有效地对油纸绝缘老化状态进行诊断。     

变压器油中溶解糠醛拉曼光谱定量分析方法研究

本文开展了变压器油中溶解糠醛的定量分析研究,基于实验室搭建的拉曼光谱液体检测平台,对不同浓度糠醛含量的变压器油样进行光谱信号检测及预处理,运用主成分分析法对光谱数据进行数据降维并结合支持向量机建立油中溶解糠醛含量拉曼光谱定量分析回归模型,检测下限为0.625mg/L。结果表明,拉曼光谱技术结合支持向量机能有效地对变压器油中溶解糠醛进行定量分析,为实现油中溶解老化特征物的准确、快速检测提供新的手段。     

基于拉曼光谱的电线绝缘材料老化状态评估

电线绝缘材料老化状态的准确评估有助于减少因电线绝缘老化引起的火灾,该实验基于拉曼光谱检测平台及自行搭建的老化设备,对13种电线绝缘材料(聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氯乙烯、尼龙、亚大尼龙、聚氨酯、乳胶、聚全氟乙丙烯树脂、橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯、硅胶、进口硅胶)进行加速温度老化以及加速紫外老化试验并定期检测,温度老化10个时间段,时间间隔为32 h,每个老化时间15个样本数据,获得温度老化的每种材料共150个样本光谱数据;紫外老化13个时间段,时间间隔16 h,每个老化时间15个样本数据,获得紫外老化的每种材料共195个样本光谱数据。依据老化时间段,温度老化分为10类,紫外老化分为13类,采用线性回归分类和支持向量机对原始光谱数据进行分类,两种分类算法准确率均在80%以上的材料有尼龙、聚氨酯、特氟龙、橡胶等,但部分材料的分类准确率却低于70%,在对原始光谱数据进行支持向量机分类时,由于样本数量多以及光谱维度高,支持向量机分类所需时间较长,为进一步提升分类准确率以及分类速度,对原始光谱数据进行迭代自适应加权惩罚最小二乘法、五点三次平滑等预处理方法,采用PCA压缩,样本光谱维数从2 048维降至...     

红外、拉曼光谱的变压器油中糠醛检测方法对比研究

变压器油中的糠醛含量是电力变压器中绝缘老化的重要指标之一,在物质有效识别上红外及拉曼光谱具有检测速度快、分析速率快及无损检测等优势,开展了基于红外、拉曼光谱的变压器油中糠醛检测方法对比,探究适用于变压器油中糠醛红外、拉曼光谱的预处理及定量分析方法。基于傅里叶变换红外光谱仪和激光共聚焦拉曼光谱仪器对实验室配置的糠醛变压器油样检测并采集其光谱数据,采用小波变换、多项式最小二乘法和局部加权回归拟合对采集到的红外及拉曼光谱图进行预处理,综合考虑噪声、分辨率及有效信息丢失等,确定了多项式最小二乘法预处理效果最佳。基于高斯软件建立了糠醛分子模型,通过密度泛函仿真计算,研究了糠醛的红外及拉曼光谱吸收峰归属,结合实验测试光谱图,确定了变压器油中糠醛拉曼、红外检测特征峰分别为1 703和1 704 cm^-1。开展了红外及拉曼检测的重复性实验,两种检测方法的相对标准偏差分别为7.21%、 8.67%。通过绘制糠醛红外及拉曼的3D原位光谱图,分析红外及拉曼特征峰面积与不同糠醛浓度变压器油之间的关系,基于最小二乘法建立了变压器油中糠醛检测的红外及拉曼定量分析模型,拟合优度分别为0.998...     

一种新型共轭聚合物发光二极管老化的拉曼光谱研究

通过显微共焦拉曼光谱 ,对一种以新型的共轭聚合物半导体材料 3,4 (2 乙基己氧基 )苯基 1,3 丙二醇酯 (poly(2 (4 Ethylhexyl) phenyl 1,4 phenylenevinylene) (P PPV) )为发光层的聚合物发光二极管(PLEDs)器件进行了老化研究 ,无论是光致发光光谱还是拉曼光谱都提供证据说明造成器件老化的原因主要是发光层的聚合物的主链结构 ,即聚合物的共轭结构被破坏 ,这对提高以P PPV作为发光层的PLEDs器件的性能提出有用信息。     

便携式拉曼光谱用于文物及文物保护材料光老化作用的快速评价

文物保护与考古工作者最为关心的是从文物中无损提取各种有用信息,了解文物老化状况,以便采取合适的保护措施.文章选用桑蚕丝、书画和彩绘文物常用材料印章、胭脂、朱砂、朱膘国画颜料为样品,采用便携式拉曼光谱仪检测样品在紫外光辐照前后光谱变化,进行文物光老化研究.结果表明,在360 nm波长,照度0.68 w·m-2的紫外光下.蚕丝样品47 h发生明显降解现象;便携式拉曼光谱仪采集的光谱能清晰鉴别出印章印泥种类和来源,灵敏检测出印泥和其他国画颜料经163 h紫外辐照后发生氧化分解及颜料分子结构的变化.该工作为文物现场检测、研究实际环境因素对文物影响作用,为研究文物衰变规律提供了一种便捷检测手段.     

高斯过程回归在近红外光谱定量分析绝缘纸老化状态中的应用

绝缘纸的老化状态决定了油浸式变压器的剩余寿命,对绝缘纸的老化状态进行快速有效的评估具有重要意义。聚合度是表征纤维素绝缘纸老化程度最直接可靠的参量,在实验室中通过粘度法检测获得,但该方法需要获得设备纸样,不但检测耗时长,还会对变压器类设备的绝缘造成破坏。近红外光谱分析技术可以快速有效测定物质中的组分含量,检测过程非侵入、对绝缘无损,目前已成功应用于多个领域,有望成为替代传统聚合度检测的新方法。然而,现有的近红外光谱定量分析方法尚不能满足绝缘纸聚合度的预测精度需求,建立了基于高斯过程回归(GPR)的绝缘纸老化状态定量评估方法。构建了不同老化程度绝缘纸样本—近红外光谱数据库,使用Savitzky-Golay卷积平滑算法对光谱数据进行平滑处理以提高信噪比;研究了不同核函数GPR模型并开展了模型预测精度分析与参数敏感性检验。结果显示,Exp核模型泛化性能较差,Matern32核、 Matern52核以及RQ核模型对参数敏感性较高、模型稳定性较差,最终选择了SE核GPR模型作为最优模型。将SE核GPR模型与近红外分析领域常用的PLS, SVR与BPNN模型进行性能对比,结果表明,GPR模型对校正集...     

基于PowderX软件的拉曼光谱数据处理

将处理 X射线衍射谱的 Powder X软件用于处理拉曼光谱数据 ,可方便地获得谱线中各个拉曼峰的位置、强度和半高宽等信息。经过平滑、去背景后 ,拉曼谱图的变化趋势与原始谱图吻合 ,谱线的信噪比及分辨率也有所提高 ,表明 Powder X软件完全可用于拉曼光谱的数据处理     

矿石拉曼光谱模型拟合分类方法

拉曼光谱因具有简单、快速及无损等特点,非常适合矿石的分类与鉴别。拉曼光谱模型拟合分类方法无需构建参考光谱库且避免了复杂的逐项光谱匹配,具有明显的优势。然而,已有的基于机器学习及深度学习的矿石拉曼光谱分类研究所采用的学习模型比较单一,缺乏具有参考意义的综合比较。对基于机器学习及深度学习的矿石拉曼光谱模型拟合分类方法进行综合评估验证,对比了KNN, XGBoost, SVM, RF四种传统机器学习方法和CNN, DNN, RNN三种深度学习模型在RRUFF矿物拉曼光谱数据集上的分类效果,验证了4种数据预处理方法和样本量对模型分类效果的影响。为提升机器学习模型的分类性能,本文还提出了一种拉曼光谱强度曲率的数据预处理方法,对经基线矫正后的拉曼光谱序列强度计算曲率作为构造特征,使模型更有效的提取出拉曼光谱的特征峰位置。实验结论：数据预处理对提升机器学习模型的分类性能效果明显,而对深度学习模型不敏感;样本量为影响模型分类效果的关键因素,当样本量较大时,深度学习模型的分类效果优于传统的机器学习模型;对于微小样本,深度学习模型难以发挥其优势,而辅以预处理的机器学习具有更优的分类性能。     

现代高分辨拉曼光谱仪的配置及应用研究

拉曼光谱分辨率是关系到从光谱中提取出样品结构信息的关键参数,高分辨拉曼光谱能够提供更多、更精细的样品有关信息。在此全面分析了现代高分辨拉曼光谱仪中决定光谱分辨率的各参数,辨析了易于混淆的分辨率和色散度概念。用理论分析和实验结果说明光栅密度与光谱分辨率的关系以及采用高密度光栅增进光谱分辨率所受到的限制、如何利用长焦长光栅增进光谱分辨率而不损害仪器通光效率、入射狭缝宽度对光谱分辨率及灵敏度的影响,在此基础上如何求得一个合理的平衡选择;并且用不同配置的现代新型拉曼光谱仪实验研究了多层硅结构中的应力分布和单壁碳纳米管管径分布,实验结果清晰地佐证了以上分析,并充分说明了拉曼光谱测量中选择分辨率的重要性。     

磷酸钠结构的高温拉曼光谱研究

用高温拉曼光谱仪测定了固态和熔融态磷酸钠(Na3PO4)晶体的光谱,分析了磷酸钠晶体的结构及其随温度的变化。通过对从常温谱到高温谱的解析,得出主峰波数随温度的变化及主峰半高宽的变化,可以观察到在600 K附近及1773 K有两个相变产生。此外,磷酸钠晶体的相关高温DSC检测分析,也和拉曼谱中发现的两个相变符合。量子化学理论计算同时对该体系的P-O键振动和平均键长进行了模拟,随着键长的增加,对应的振动频率会降低。还确认了磷酸钠Raman光谱中各个峰的归属,938 cm-1波数处的峰属于(PO4)3-中P-O键的对称伸缩振动,是Na3PO4的特征峰,425及580 cm-1处峰属于磷氧四面体的弯曲振动。     

基于拉曼光谱技术鉴别ABS废旧塑胶原料的方法研究

塑胶微粒原料已渗透到人类衣食住行的方方面面,并广泛应用于能源、工业、农业、交通乃至航空航天和海洋开发等各重要领域不可或缺的材料。在利益的诱惑下,废旧塑胶的走私现象屡禁不止。我国作为塑胶原料进口大国,现有检测方法耗时长,难以实现现场检测,因此,开发一种用于现场的废旧塑胶微粒判别方法,对快速通关和海关缉私有重要意义。拉曼光谱技术具有快速、无损、样品用量小、无需前处理且适应性强等优点,已在现场快速鉴别领域得到广泛应用。在研究塑胶废旧机理的基础上,将拉曼光谱技术结合化学判别方法,应用于废旧塑胶原料识别。选取两类成分相似的实际通关塑胶原料样品,包含标准品及废旧品各160份,并对样品的拉曼光谱信息进行了采集。对比分析了两种塑胶原料的原始拉曼光谱,并对样品的拉曼光谱特征峰进行了归属分析。选取1 603 cm-1作为归一化参照峰位,进一步探究废旧塑胶的成分变化,对比统计了废旧塑胶原料及标准塑胶原料的相对峰强变化,结果表明废旧塑胶原料发生了化学老化。基于主成分分析法（PCA）对原始拉曼光谱及预处理拉曼光谱进行降维处理,结果表面预处理拉曼光谱的前2主成分空间分离度较好,通过对原始拉曼光谱数据进行背景扣除及平滑预处理,可减少荧光背景及噪声对鉴别的影响,提高鉴别的准确度。将样品一半划分为校正集用于模型建立,另一半划分为预测集用于模型验证,基于偏最小二乘判别分析（PLS-DA）,建废旧塑胶原料鉴别模型,该模型对建模训练集鉴别正确率为100％,模型验证集鉴别正确率为99.06％。研究表明,基于拉曼光谱技术,结合测试数据预处理及偏最小二乘判别分析方法,可以有效地实现塑胶原料的现场、快速、准确鉴别,为开发现场检测装备及方法提供理论参考。     

常温高压条件下硬石膏相变的原位拉曼光谱研究

硬石膏（CaSO₄）是地球上分布最广的硫酸盐矿物之一,为研究硬石膏向高压硬石膏转变的压力条件和相变机理、确定硬石膏拉曼光谱压标的适用范围,实验结合水热金刚石压腔和激光拉曼光谱实验技术,研究了常温高压条件下硬石膏的相变过程以及硬石膏和高压硬石膏的拉曼光谱特征。实验结果显示,常温条件下硬石膏向高压硬石膏发生相变的压力在2.3 GPa左右,但是该相变压力在增压和降压过程中存在较大差异,表明硬石膏与高压硬石膏的转变过程存在明显滞后性,证实了该相变过程属于重建型相变。由于重建型相变的控制因素除了温度和压力之外,还包括相变的速率以及矿物结构的亚稳定性等,从而很好地解释了不同实验者获得的硬石膏与高压硬石膏的相变压力之间存在的巨大差异。与硬石膏相比,高压硬石膏的拉曼光谱特征表现为SO₄对称伸缩振动（ν₁）从1 128.28 cm-1突然下降至1 024.39 cm-1,同时对称弯曲振动（ν₂）分裂为441,459和494 cm-1三个峰,反对称伸缩振动（ν₃）分裂为1 136,1 148,1 158和1 173 cm-1四个峰,反对称弯曲振动（ν₄）也分裂为598,616,646和671 cm-1四个峰,可以作为判定硬石膏进入高压相态的有效标志。与硬石膏相比,高压硬石膏SO₄振动产生的拉曼峰数量更多、强度更低,表明影响SO₄振动的原子更多、分布更加复杂,这与高压硬石膏晶体结构（独居石结构,单斜晶系）的对称性比硬石膏（斜方晶系）更低相吻合。在硬石膏结构稳定的压力范围内（常压至2.3 GPa）,硬石膏SO₄拉曼振动中除了ν_2,416的振动频率变化不显著以外,其余振动均随着压力的升高以稳定的速率向高波数方向移动,同时谱峰的强度、形态和半高宽没有明显改变,从而保证了不同压力下硬石膏的拉曼峰具有一致的拟合误差和压力标定精度。同时,还通过方解石ν_{1,1 085}拉曼峰随压力的变化速率、方解石向CaCO₃-Ⅱ以及CaCO₃-Ⅱ向CaCO₃-Ⅲ的相变压力对硬石膏压力标定结果进行检验,确定了硬石膏压标的可靠性。     

二硅酸钠晶体、玻璃及其熔体结构的拉曼光谱研究

采用铜蒸气脉冲激光光源和时间分辨探测技术,实现了对ＪＹＵ１０００拉曼光谱仪的高温改造,可在样品温度高至２０２３Ｋ下稳定地测谱;二硅酸钠晶体、玻璃及其熔体的测量结果表明,高温Ｒａｍａｎ光谱不仅可分辨不同的结构相、提供固－液相变信息,而且能分析具有不同桥氧数的硅氧四面体微结构单元,即聚合状况以及它们随温度的变化,因而为物质的结构研究,特别是高温状态的熔体的研究,提供了重要的手段和依据。     

以合成包裹体为腔体进行高温下流体的拉曼光谱原位分析

在冷封口的水热高压容器中 ,合成了组成分别为H2 O 4 2 0wt%CO2 和H2 O 8 4 2wt%CO2 的两种流体包裹体。以此合成的包裹体作为腔体 ,用显微激光拉曼探针测量了其中液态流体在 2 90 0～ 380 0cm-1范围的高温拉曼光谱 ,对其中液态水的氢键随温度的变化进行了讨论。研究结果表明 ,随着温度升高 ,流体中水分子的氢键作用不断减弱。组成为H2 O 4 2 0wt%CO2 的包裹体 ,在 372℃均一为液体 ,均一时 ,水分子的氢键发生了突变 ,均一后 ,氢键受温度的影响比较小 ,到 5 5 0℃它还存在着比较强的氢键作用。组成为H2 O 8 4 2wt%CO2 的流体在 6 0 6℃时由气液两相变为纯气相 ,一直到拉曼光谱测量的最高温度 5 80℃ ,液态水还保持着比较强的氢键作用。     

基于拉曼光谱的微重力三维培养条件下的人HepG2细胞的研究

采用一个波长为785 nm的半导体激光束来囚禁人的肝癌细胞并激发人的肝癌细胞的拉曼光谱,分析模拟微重力三维培养条件下的人肝癌细胞的DNA、蛋白和脂类的生物学物质的变化和表达情况。结果显示,微重力三维培养条件下和平面培养下的人的肝癌细胞的拉曼光谱在527,1 367,1 438,1 659 cm-1处有明显的差异。