土壤有机质近红外光谱分析组合波长的优选

以分析85份吉林省北部黑质土壤样品有机质含量为例,研究了利用多元散射校正和相关光谱法对定标波长的优选,并根据经验和参考波长理论对所建立的模型进行逐步优化。最终得到定量模型的相关系数为0 .90 ,定标标准差(RMSEC)为0 .36 %,交叉检验标准差(RMSECV)为0 .40 %,该结果与采用偏最小二乘算法(PLS)对土壤连续谱进行定标的结果相当。结果表明,利用该方法建立的模型简单、稳定,可以为吉林省北部黑土质土壤养分状况普查和便携仪器的研制提供参考。

近红外光谱技术用于无创生化检验研究的进展

20世纪90年代初,近红外光谱技术在人体无创生化检验方面的潜力逐渐获得重视。然而,人体是一个极其复杂多变的检测对象,因此虽然各研究小组在实验模拟和离体分析方面取得了一定成果,但在临床应用上始终没有实质性突破。文章讨论了目前阻碍近红外光谱技术实现临床意义上的人体无创生化检验的关键问题,即信号微弱、组织背景干扰、血流容积变化问题。将国际上现有的近红外无创生化检验研究工作的思路按照分析方法大致归为两类,即经典近红外分析法和扣除组织背景干扰分析法。详细介绍了这两类研究思路各自的研究现状,并认为在现有条件下第二类思路更有希望取得临床可以应用的结果。

近红外光谱无创血糖检测中有效信号提取方法的研究

糖尿病严重危害人类健康,无创血糖检测是医患双方的期望。人体生理背景成分复杂、易变,各种组织信息混杂,导致直接测量人体的近红外光谱很难真实反映血液中血糖浓度变化信息。提出血流容积差光谱相减法,即利用血流容积一直在变而人体组织背景和血液成分含量短时间不变的事实,通过相似背景扣除,有效消除人体组织背景干扰,获得反映血液成分信息的有效光谱信号。为验证方法的有效性,自行研制相关实验系统,获得系统噪声好于20μAU,并在波长1 250 nm处取得信噪比为20 000:1的有效光谱信号,阐明现有条件下血流容积差光谱相减法在近红外无创血糖检验临床应用的可行性和优势。

弹齿滚筒式捡拾装置运动学特性的理论分析

我国牧草捡拾装置常规设计方法没有理论依据,设计水平远落后于国外发达国家,严重制约了其使用可靠性。为此,提出了一套弹齿滚筒式捡拾装置运动学特性的理论计算方法,核心思想是采用分段曲线的方法,分段描述弹齿端部的位移方程、速度方程和加速度方程。通过总结分析3种典型凸轮曲线的运动学特性的共性,发现共同特点是按牧草收获工艺可以将其分为4个区域,验证了所提出设计理论的正确性。本研究旨在完善弹齿滚筒式捡拾装置的设计理论,为今后捡拾装置设计生产提出具有普遍性的指导意见。

近红外光谱技术在土壤养分分析中的研究进展及应用前景

精准农业是近年来国际上农业科学研究的热点领域,是现代信息技术和传统农业紧密结合的产物。近红外光谱技术(NIRS)作为一种无损、实时、准确的分析手段,在土壤学领域的应用逐渐得到了人们的重视,是实现精准农业的有效手段之一。对其目前在土壤学领域的应用进行了介绍和分析,认为NIRS在土壤学领域的发展方向应该是田间信息实时采集技术,即在田间条件下利用便携式NIRS分析仪对土壤养分和农作物苗情进行实时分析和处理,另外NIRS还可以与空间遥感技术相结合,宏观掌握农作物所需营养及其长势信息,从根本上改变我国粗放型农业现状。

光谱相减方法用于无创生化检测中背景扣除实验研究

在近红外光谱无创生化检测中,血流容积光谱相减方法在理论上可以消除组织背景等干扰因素,提取出血液的有效光谱信息。为论证血流容积光谱相减方法有效性,设计了相应的模拟实验。采用生物分子水溶液模拟血清样品,不同吸收特性的滤光片模拟组织背景干扰,可变厚度样品池模拟血流容积变化。比较了光谱相减方法处理前后的模型精度,处理前模型定标相关系数(Rc)为0.476,交叉检验标准差(RMSECV)为437mg·dL-1;处理后Rc达到0.977,RMSECV降至301mg·dL-1。实验结果表明血流容积光谱相减方法能够较好抑制或扣除组织背景干扰,大幅度提高模型预测精度。

运用尺寸链原理计算定位误差的探讨

本文把尺寸链的计算原理应用到计算工件在夹具中的定位误差当中。这种方法既扩大了尺寸链原理的应用范围,又使夹具设计时定位误差的计算更趋系统化、合理化。

干熄焦电气控制系统的优化

上海梅山钢铁股份有限公司干熄焦为1#、2#焦炉移地大修配套项目,该项目包括新建1座140t/h干熄焦装置及1座6MW的背压式汽轮发电机电站。其电气控制系统较多的应用了国内外先进的工业自动化控制技术和变频调速传动技术,电气控制系统在国内属于领先水平。本文主要介绍了干熄焦自动控制系统的组成和提升机、干熄焦本体的电气控制功能。针对实际应用中存在的不足在电气控制方面进行了优化和改进,实现干熄焦操作的自动化控制。

光学方法在无创生化检验中的研究现状

糖尿病是最常见的慢性疾病,严重威胁人类健康。研究人体血糖浓度无创检测技术具有非常重要的现实意义。本文简述了国内外主要的无创血糖研究方法,并对其中最具潜力的近红外光谱方法研究现状进行了综述,总结前人的研究成果,介绍了该领域目前面临的关键难题与新兴方法。

上海梅山钢铁股份有限公司干熄焦电气控制系统

上海梅山钢铁股份有限公司干熄焦项目为1#、2#焦炉移地大修的配套项目。该项目包括新建1套140 t/h干熄焦装置及1座6 MW的背压式汽轮发电机电站。其相应的配套设施有提升机装置、CDQ工艺除尘及环境除尘地面站、除盐水站、循环水站等。该项目应用了国内外先进的工业自动化控制技术和变频调速传动技术,其电气控制系统在国内属于领先水平,实现了干熄焦操作的自动化控制。

基于连续投影算法的土壤总氮近红外特征波长的选取

讨论了如何利用连续投影算法提取土壤总氮的近红外特征波长。使用连续投影算法对光谱数据进行初步压缩,将优选出的波长按其对总氮贡献值的大小进一步筛选,剔除不敏感的波长,降低模型的复杂度。分析85份土壤样品的近红外光谱,使用连续投影算法得到了总氮的12个波长,贡献值筛选后,波长数量减少到6个,所建模型的预测相关系数(Rp)为0.913,预测均方根误差(RMSEP)为0.011%,模型的预测精度与贡献值筛选前相当,且优于全谱偏最小二乘回归结果。结果表明结合贡献值筛选的连续投影算法能够有效选取待测成分的特征波长,文章所优选的土壤总氮的6个特征波长可以作为小型滤光片式近红外光谱仪波长选择的参考依据。

南疆红枣品质近红外光谱在线模型参数的实验研究

为建立南疆红枣品质近红外光谱在线校正模型,分析了在线检测结果的主要影响因素,对相应的参数进行了实验研究。设置红枣不同的光谱采集条件,如测量状态、波段谱区、仪器参数等,利用近红外光谱仪和自行设计的红枣批量采集附件,获取南疆红枣品质光谱,通过光谱预处理和检测精度相结合的办法选择条件参数。通过不同建模参数进行PLS光谱校正和二维相关光谱分析,选择糖度特征光谱参数。结果表明:红枣糖度中心波长9 116,9 418和10 500cm-1,采集分辨率16cm-1,扫描次数8次,糖度相对误差8%～10%,单粒红枣光谱数据量减少为原来的1/10,采集时间减少了3s左右。通过实验参数,压缩了数据量,建立了初级在线校正模型,基本实现南疆红枣品质近红外光谱在线检测。

苜蓿压捆过程中压缩与恢复应力传递规律

探索苜蓿在压捆过程中，由松散状态压缩成草片时在压捆室不同位置的轴向应力变化规律及传递模型。以草片为研究对象，选喂入量为4 kg/次，在草物料压捆试验台上进行了5种截面的压捆试验。每种截面布设2套压力传感装置和3个位移传感器，由基于虚拟仪器的草物料压缩测试系统采集各传感器的信号，记录了每次压缩时草片的压缩与恢复应力和位置、草片的压缩量及回弹量等数据。结果表明苜蓿在不同截面下压缩与恢复应力具有相同的传递规律，但截面尺寸影响草片的最大压缩应力和最小恢复应力的数值且为非线性关系。指出了由松散苜蓿压缩成草片所需要的压缩应力最大，是压捆机设计中的基本参数。揭示了草片最大压缩应力随位移的变化呈指数下降，在压缩室内草片（4～5个草片）的压缩应力较高，在捆草室内草片的压缩应力较低，建议压缩室长度为900～1000 mm。草片最小恢复应力表现为随位移增加而增加，达到一定位置时随位移的增加而下降。通过回归分析，获得了苜蓿在压捆过程中压缩与恢复应力传递规律和相应的数学模型，其复相关系数均大于0.9091，说明压缩与恢复应力和草片的位置密切相关，模型回归效果较好。试验结果可为草物料压捆机的动力选择和优化设计提供基础数据和理论依据。

农业院校中的数控实践教学探讨

本文根据农业院校机制专业的发展情况指出 ,在先进制造技术蓬勃发展的大背景下 ,在农业院校中需全面加强数控实践教学 ,建立现代化的数控实验室 。

论无创血糖监测的红外光谱方法(特邀)

介绍了无创血糖监测的几种光学方法以及红外光谱法用于无创血糖监测的优势。分析了无创血糖监测红外光谱法的主要问题,包括光在人体组织中的复杂传播;葡萄糖吸收信号微弱,且与人体中其它生化成分吸收光谱重叠;人体组织背景吸收干扰严重等。总结了无创血糖监测红外光谱法的最新进展,给出抑制人体组织背景吸收干扰的方法,并认为组织液可代替血液用于血糖水平的测量。展望了该领域未来研究趋势,主要涉及精确描述光子在组织中的传输、测量皮肤表皮内或表皮与真皮浅层光谱信息,以及提高光谱仪器信噪比,建立葡萄糖吸收带定标模型。

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。

应用光程校正空间法提升近红外无创生化分析模型性能

由于采用血流容积差光谱相减法进行近红外无创生化分析得到的样品光谱光程不定,很难得到高性能的定标模型,本文提出采用光程校正空间法来消除光程差异,提升定标模型性能。首先,介绍了净信号分析的原理和校正空间的获取方法;根据血流容积差光谱相减法的特点,提出了采用光程校正空间获取待测组分净信号的方法。然后,以含葡萄糖的脂肪乳溶液为例,通过光程校正空间获取葡萄糖净信号,建立定标模型。实验结果表明:相比没有处理光程直接建立的定标模型,采用光程校正空间后所建立的模型相关系数(R)从0.978 1提升到0.997 7,定标均方根偏差(RMSEC)从77.52mg/dL下降到25.02mg/dL,交叉验证均方根偏差(RMSECV)从93.01mg/dL下降到68.22mg/dL。结果显示,采用光程校正空间的净信号分析能够有效抑制光程差异对定标模型的影响,为血流容积差光谱相减法的实际应用奠定了基础。

乌珠穆沁典型草原栗钙土层厚度模型及区域植被退化分析

乌珠穆沁典型草原退化与荒漠化的实质是草原栗钙土逐渐被风蚀的结果,风蚀过程使栗钙土层厚度及营养成分发生了重大变化,从而影响草原生态系统的稳定。本研究将乌珠穆沁典型草原400 km2不同地形、植被的草原作为试验区,利用GIS、RS、GPS技术,研究栗钙土层结构与植被空间分布的关系,建立典型草原栗钙土层厚度模型,并利用遥感数据进行典型草原区域植被退化程度分析,为相关部门制定典型草原生态环境保护规划提供基础数据和技术支持。

近红外无创生化检测中不同光程的光谱校正模型研究

近红外无创生化检测中采用不同血流容积光谱相减的方法理论上能够消除人体组织产生的强背景干扰,但人体光谱相减后得到的血液光谱的光程是未知的,这给校正模型的建立带来了困难。通过设计模拟实验并采用正交信号校正的方法对光程信息进行校正,提高不同光程的光谱建立校正模型的预测精度。分别建立了光程校正前后的模型,模型的交叉验证标准偏差从90.17mg.dL-1下降到31.62mg.dL-1,相关系数从0.978 7提高到0.996 8。实验结果表明,采用正交信号校正的方法能够有效抑制光程信息的干扰,提高模型的预测精度,这为不同血流容积光谱相减法的实际应用提供了基础。

中红外无创血糖测量中光程变化对PLSR模型的影响研究

在测量人体皮肤中红外光谱的过程中,皮肤与ATR晶体之间的接触面积很难保持一致,导致倏逝波与人体皮肤的作用光程会产生差异。以光程变化信息与葡萄糖浓度信息之间的相关性为基础,建立了两个分析葡萄糖含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型,RMSECV分别为31.3和4.52mg.dL-1;RMSEP分别为30.3和98.7mg.dL-1。结果表明,当光程变化信息与葡萄糖浓度信息之间偶然相关时,所建PLSR模型的预测精度与稳健性会受到不同程度的影响,随着二者之间相关性的增强,最优模型对葡萄糖信息的识别能力越来越弱。为提高中红外无创血糖测量分析结果的可靠性,避免获得伪优定标模型提供了实验依据。