光栅分光型乙醇汽油近红外光谱分析关键技术研究

论文摘要

为解决乙醇汽油推广过程中的质量控制问题并推进近红外技术的应用,本文研究并解决乙醇汽油近红外光谱分析技术中仪器设计、模型建立及异常样品选择的关键技术。开发了光栅分光型的便携式近红外光谱分析仪器。该仪器能用于液体样品的透射分析和固体样品的漫反射分析。重点研究了仪器设计中的进样系统、弱信号放大系统和电源管理系统。采用主成分回归和神经网络技术建立了乙醇汽油中的乙醇含量分析模型。针对分析模型中存在的问题,研究了数据预处理方法并设计了动态局部建模法来提高模型的质量。研究了标准样品集中异常样品的来源及异常样品对模型质量的影响。设计了相关分析法来消除光谱测量过程中由于仪器本身问题造成的个别波段光谱值异常带来的影响。通过马氏距离法和循环预测法来删除标准样品集中那些光谱所展示的属性和标定的属性不一致的样品。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 乙醇汽油推广原因及现状
• 1.1.1 使用乙醇汽油的好处
• 1.1.2 乙醇汽油的发展现状
• 1.2 乙醇含量检测的必要性及方法
• 1.3 近红外光谱分析仪器的分类和应用
• 1.3.1 近红外分析仪器分类
• 1.3.2 近红外分析仪器应用
• 1.4 近红外光谱分析仪器的发展概况
• 1.5 课题研究意义及论文结构
• 第二章 乙醇汽油近红外分析原理
• 2.1 近红外光谱的吸收机理
• 2.2 定量、定性分析原理
• 2.2.1 朗伯定律
• 2.2.2 比耳定律
• 2.2.3 朗伯-比耳（Lambert-Beer）定律
• 2.2.4 吸光度的加合性
• 2.3 乙醇汽油定量定性分析原理
• 2.4 影响近红外分析结果的因素
• 第三章 乙醇汽油近红外光谱分析仪设计
• 3.1 仪器结构
• 3.2 数字锁相技术
• 3.2.1 锁相放大器的工作原理及结构
• 3.2.2 模拟锁相放大器的组成及缺点
• 3.2.3 数字锁相放大器设计
• 3.2.4 测试结果分析
• 3.3 电源模块设计
• 3.3.1 电压转换
• 3.3.2 蓄电池充电模块
• 3.4 样品光谱数据的测量过程
• 3.4.1 固体样品测量
• 3.4.2 液体样品测量
• 3.5 小结
• 第四章 乙醇的含量信息提取技术
• 4.1 主成分回归建模
• 4.1.1 主成分分析
• 4.1.2 回归分析
• 4.2 神经网络建模
• 4.2.1 BP 网络理论简介
• 4.2.2 神经网络建模
• 4.3 模型参数优化
• 4.3.1 PRESS 值法选取最佳主成分数
• 4.3.2 近红外光谱预处理方法
• 4.3.3 动态局部建模
• 4.4 小结
• 第五章 异常值剔除技术
• 5.1 干扰波长剔除
• 5.2 异常样品剔除方法
• 5.2.1 马氏距离法
• 5.2.2 循环预测法
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要研究成果及创新性工作
• 6.2 存在的问题及下一步需要研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文及研究成果
• 摘要
• ABSTRACT