發(fā)布時(shí)間：2020-04-11 04:04

【摘要】：本文以ABS、EVA、HDPE、PBT、PC、PET、PMMA、POM、PP、PPO、PS和PVC 12種常見類型的塑料為研究對象,采用拉曼光譜技術(shù)對多種不同塑料進(jìn)行檢測與識(shí)別研究,主要內(nèi)容如下:首先通過拉曼光譜檢測技術(shù)建立塑料拉曼光譜采集的最佳方法,考察了激光波長、積分時(shí)間、共焦孔徑以及掃面范圍等參數(shù)對光譜的影響,優(yōu)化選擇了最佳采集參數(shù),即激光波長為785nm,積分時(shí)間為25s,共焦孔徑為500μm,掃描范圍為200-1800cm~(-1)。對于熱效應(yīng)強(qiáng)的黑色塑料樣本,采用低溫測樣附件—液氮制冷平臺(tái)抑制樣本的熱效應(yīng),通過實(shí)驗(yàn)分析得到785nm激光波長,功率10mw,積分時(shí)間30s為最佳采集條件。然后,對采集到的塑料拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,包括光譜預(yù)處理和光譜特征提取。光譜預(yù)處理主要包括:采用多項(xiàng)式最小二乘擬合法對光譜進(jìn)行平滑處理,消除噪聲,提高信噪比,其中多項(xiàng)式次數(shù)為1,窗口大小為3;采用線段組合型基線進(jìn)行基線校正,消除熒光背景和噪聲背景對光譜數(shù)據(jù)分析的影響;采用最大-最小歸一化法對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,消除數(shù)據(jù)量級(jí)大小的差異對后續(xù)數(shù)據(jù)分析的影響。采用主成分分析法提取光譜特征,選取累計(jì)貢獻(xiàn)率為90.45%的前11個(gè)主成分的得分作為新的特征變量表征原始拉曼光譜數(shù)據(jù),用于后續(xù)的建模分析,減少數(shù)據(jù)量的處理,簡化問題的處理難度。最后,對經(jīng)過處理后的光譜數(shù)據(jù)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)識(shí)別模型。345個(gè)樣本組成訓(xùn)練集用于建立模型,通過對比分析確定模型的最佳參數(shù)。對于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,最佳網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為:輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)11,隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)8,輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)4,學(xué)習(xí)速率0.1,誤差0.01,訓(xùn)練1000次。支持向量機(jī)模型采用[-1,1]歸一化數(shù)據(jù)處理方法和多項(xiàng)式核心函數(shù)訓(xùn)練模型時(shí)效果最佳。111個(gè)樣本組成預(yù)測集用于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃�。結(jié)果表明,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對訓(xùn)練集樣本識(shí)別率為97.97%,預(yù)測集樣本識(shí)別率為94.60%,基本能夠滿足塑料識(shí)別中對識(shí)別率的要求。支持向量機(jī)模型對預(yù)測集樣本的識(shí)別率達(dá)到99.10%,對塑料具有很好的識(shí)別效果。本文創(chuàng)新點(diǎn):(1)將拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用于塑料識(shí)別研究,對大量的塑料樣本進(jìn)行檢測分析,并建立識(shí)別模型,為塑料識(shí)別提供新思路;(2)結(jié)合拉曼光譜技術(shù)和低溫采樣附件,對具有較強(qiáng)熱效應(yīng)的黑色塑料進(jìn)行了檢測識(shí)別。
【圖文】：

中國計(jì)量大學(xué)碩士學(xué)位論文光譜技術(shù)曼光譜的原理曼光譜介紹的傳播過程中，當(dāng)一束單色光照射到樣品時(shí)，一般會(huì)發(fā)生反射、大部分的光會(huì)被反射或透射，只有很少部分的光被散射出去，如射出去的光與入射光頻率相同的為瑞利散射，頻率發(fā)生改變的為對應(yīng)的光譜就是拉曼光譜。

中國計(jì)量大學(xué)碩士學(xué)位論文散射是光子失去部分能量或者得到部分能量的非彈性碰撞過程。如圖 2.2 所示當(dāng)光子與分子發(fā)生彈性碰撞時(shí)，只改變運(yùn)動(dòng)方向，不發(fā)生能量的交換，頻率為 的單色光照射到物質(zhì)上，處于基態(tài)能級(jí)的分子躍遷到激發(fā)虛態(tài)，分子在虛態(tài)穩(wěn)定，很快釋放出頻率為0 的光子，回到相應(yīng)的基態(tài)能級(jí)，即瑞利散射。當(dāng)量子與分子發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，不僅方向發(fā)生改變，光子與分子之間還存在量交換。光子失去或得到一部分能量，光子能量改變的大小是固定的，，為能E0和 E1之間的能量差 h （h 為普朗克常數(shù)）。當(dāng)光子把一部分能量 h 給子時(shí)，在激發(fā)虛態(tài) 0 的分子釋放出比入射頻率較小的光子，形成斯托克斯散射光子頻率變?yōu)?- 0。同時(shí)，分子將獲得的光子能量轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)能量由基態(tài) E0到受激態(tài) E1，能量增加了 h 的能量。當(dāng)光子得到分子的一部分能h 時(shí)，在激發(fā)虛態(tài) 1 的分子釋放出比入射頻率較大的光子，形成反斯托克散射，光子頻率變?yōu)?0，此時(shí)，分子由激發(fā)態(tài) E1回到了基態(tài) E0。斯托斯散射和反斯托克散射統(tǒng)稱為拉曼散射[19]。
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O657.33;TQ320.7

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本文編號(hào)：2623126