由于傳統(tǒng)光譜分析方法對存在大量散射粒子的復(fù)雜溶液中化學(xué)成分的檢測研究尚未得到有效突破,為了利用復(fù)雜溶液的吸收特性和散射特性所引起的空間信息變化來增加光譜信息,從而提高建模的精度和可靠性,顯著增強對復(fù)雜溶液成分濃度的分析能力,本研究提出并使用高光譜圖像的方法對復(fù)雜溶液成分濃度進行檢測分析。主要研究工作如下:（1）首先,本文為了同時獲得復(fù)雜溶液的非圓周對稱的高光譜圖像所表現(xiàn)出的吸收和散射信息,設(shè)計并制作了楔形樣品皿。本研究基于光源,楔形樣品皿和Headwall Photonics G4-332成像光譜儀搭建了復(fù)雜溶液高光譜圖像檢測平臺。通過對高光譜圖像采集的參數(shù)設(shè)置,以及實驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與測試,證明了實驗系統(tǒng)的正確性與穩(wěn)定性。（2）其次,為了證明復(fù)雜溶液高光譜圖像檢測平臺可以有效檢測含有散射特性溶液的成分濃度,本研究通過復(fù)雜溶液高光譜圖像檢測平臺對含有散射特性溶液進行實驗,采集得到了二維光強分布數(shù)據(jù)。本研究對采集得到的二維光強分布數(shù)據(jù)進行建模分析,二維光強分布建模方法相比于其他建模方法,相關(guān)系數(shù)提高2.48%,均方誤差減小6.89%。實驗結(jié)果證明了,基于楔形樣品皿的光譜定量分析方法可以... 

【文章來源】：天津工業(yè)大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基本研究路線

第二章復(fù)雜溶液高光譜圖像分析方法的理論基礎(chǔ)7第二章復(fù)雜溶液高光譜圖像分析方法的理論基礎(chǔ)2.1復(fù)雜溶液的光學(xué)特性2.1.1光與復(fù)雜溶液的相互作用形式復(fù)雜溶液含有多種物質(zhì)，若檢測復(fù)雜溶液成分濃度，復(fù)雜溶液中會同時存在吸收和散射效應(yīng)。然而在真實研究中復(fù)雜溶液內(nèi)部光子傳輸特性會隨著復(fù)雜溶液的物質(zhì)成分濃度發(fā)生改變，所以能夠從高光譜圖像信息中檢測到復(fù)雜溶液中被測物質(zhì)成分濃度信息量的變化。本研究利用高光譜圖像獲得了非圓周對稱光斑的空域信息，并通過該特征的變化與復(fù)雜溶液中被測物質(zhì)成分濃度建模，從而實現(xiàn)對復(fù)雜溶液中被測物質(zhì)成分濃度的檢測分析。在實際測量中，光與復(fù)雜溶液具有多種相互作用形式，例如反射、折射、吸收、透射、散射等，各種形式的的示意圖如圖2-1所示。圖2-1光與復(fù)雜溶液相互作用示意圖通過對圖2-1的觀察與分析，光與復(fù)雜溶液相互作用主要以吸收與散射形式體現(xiàn)，兩種形式同時決定了光在復(fù)雜溶液中的傳輸方式。通過能量轉(zhuǎn)換的方式來說：吸收作用是光與復(fù)雜溶液相互作用時，復(fù)雜溶液吸收了光的能量，并將其轉(zhuǎn)化為自身的能量；而散射作用是光與復(fù)雜溶液相互作用時，光的能量被復(fù)雜溶液

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文8分散開來，使得光的能量在通過復(fù)雜溶液時逐漸減少。2.1.2常見的復(fù)雜溶液光學(xué)參數(shù)為了合理描述光與復(fù)雜溶液的相互作用以及光在復(fù)雜溶液中的傳輸分布特點，本研究首先講解復(fù)雜溶液中常見的光學(xué)特性參數(shù)，這些參數(shù)是描述復(fù)雜溶液的光學(xué)模型的重要基礎(chǔ)[51,52]。（1）吸收系數(shù)吸收系數(shù)μa表示單位光程上一個光子被吸收的可能性，它反映的是復(fù)雜溶液對光的吸收程度，單位為cm-1或mm-1。（2）散射系數(shù)光在通過存在大量散射粒子的復(fù)雜溶液時，會產(chǎn)生散射效應(yīng)，使光強衰減。我們使用散射系數(shù)μs表示散射效應(yīng)，指單位光程上光子被散射的可能性，單位為cm-1或mm-1。（3）各向異性因子各向異性因子g是光子發(fā)生散射時散射角余弦的加權(quán)平均值。各向異性因子g通常由散射角的平均余弦函數(shù)定義，如式（2-1），表示各向異性的程度。coscoscos11dfg（2-1）由（2-1）可知，g的取值在-1~1的范圍內(nèi)，當(dāng)g在0~1時，光子趨于各向前向散射，當(dāng)g在-1~0時，光子趨于各向后向散射。g在不同情況時的散射方向概率如圖2-2所示。圖2-2g值不同時的散射方向概率圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高光譜成像磚紅壤中石油烴含量的可視化研究[J]. 陳志莉,劉強,尹文琦,劉洪濤,楊毅.  光譜學(xué)與光譜分析. 2018(09)
[2]基于高光譜的牛奶脂肪質(zhì)量濃度預(yù)測模型建立與評價[J]. 趙紫竹,衛(wèi)勇,張乃遷,常若葵,吳海云,劉華,單慧勇,楊仁杰,郭小英.  中國乳品工業(yè). 2018(02)
[3]非均勻混濁介質(zhì)多光譜反射成像的仿真與實驗研究[J]. 楊博贊,楊春梅,撒昱,丁俊華,李梅花,梁曉會,馮遠明,胡新華.  光電子·激光. 2014(12)
[4]黃河口受石油烴滲漏影響植被的高光譜檢測方法研究[J]. 任廣波,張杰,吳培強,馬毅.  海岸工程. 2014(03)
[5]復(fù)雜混合溶液成分高光譜分析的可行性[J]. 李剛,熊嬋,林凌,佟穎,張寶菊.  光譜學(xué)與光譜分析. 2012(03)
[6]尿微量白蛋白的可見-近紅外光譜檢測[J]. 李剛,趙喆,劉蕊,王慧泉,林凌,張寶菊,吳曉榮.  光譜學(xué)與光譜分析. 2011(09)
[7]尿微量白蛋白的多波段多光程光譜檢測[J]. 李剛,趙喆,劉蕊,王慧泉,林凌.  分析化學(xué). 2011(04)
[8]基于模擬退火波長優(yōu)化的草莓堅實度近紅外光譜檢測[J]. 石吉勇,殷曉平,鄒小波,趙杰文,鞠時光.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2010(09)
[9]近紅外光譜分析技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品/食品品質(zhì)在線無損檢測中的應(yīng)用研究進展[J]. 孫通,徐惠榮,應(yīng)義斌.  光譜學(xué)與光譜分析. 2009(01)
[10]水果組織光學(xué)參數(shù)的激光圖像無損測量技術(shù)[J]. 吳彥紅,趙杰文,陳全勝,劉木華.  江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2007(01)

博士論文
[1]提高近紅外吸收光譜法復(fù)雜溶液組分濃度分析精度的研究[D]. 趙喆.天津大學(xué) 2014
[2]基于多維多模式超光譜系統(tǒng)的復(fù)雜混合溶液成分分析[D]. 熊嬋.天津大學(xué) 2012

碩士論文
[1]基于多維光譜的渾濁溶液濃度檢測方法的研究[D]. 王慧.天津工業(yè)大學(xué) 2019



本文編號：3491021