微型近红外光谱仪信号处理与分析系统开发

摘要

近红外光谱分析技术具有对食品等物质的有效成份能定性、定量、无损、快速、实时现场在线检测等独特优势,已成为近年来各发达国家研究的热点。本论文在重庆市科技攻关重点项目资助下,进行微型近红外光谱仪信号处理与分析技术的探索研究,是微型近红外光谱仪的重要组成部分,具有重要的理论意义和实际应用价值。论文针对具体应用对象,分析研究了近红外光谱仪信号处理与分析技术的国内外研究现状,以及微型近红外光谱仪的光谱信号特点;进行了微型近红外光谱仪的光谱信号处理与分析的相关理论与方法研究;完成了微型近红外光谱仪的光谱信号处理与分析软件设计,通过实验验证,成功地研究出接近实用化的微型近红外光谱仪的光谱信号处理与分析系统。论文主要研究工作是:1.论文在分析研究国内外近红外光谱信号处理与分析技术和重庆大学微系统中心可见光微型光谱仪信号处理的基础上,针对微型近红外光谱仪的光谱信号特点和应用对象,确定了光谱信号处理与分析具体方案;2.对比分析了几种常用光谱仪信号预处理方法;从微型近红外光谱仪探测器的工作原理,提出了动态处理红外探测器噪声信号的新思想和新方法,有效的降低了系统噪声信号,提高了系统灵敏度;3.针对具体应用对象,进行了微型近红外光谱仪信号分析的相关理论与方法研究,确定了基于主成分回归和最小二乘法的光谱信号分析方法;4.在研究微型近红外光谱仪信号处理与分析方法的基础上,提出了系统软件设计的总体方案,成功地完成了微型近红外光谱仪信号处理与分析软件设计;5.通过典型测试实验,证明论文研究的微型近红外光谱仪光谱信号处理与分析方法和系统软件达到了实用化要求。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.2 光谱信号处理与分析的研究现状

1.3 论文主要研究内容

2 微型近红外光谱仪信号处理方法

2.1 微型近红外光谱仪的结构与工作原理

2.1.1 传统近红外光谱仪的结构

2.1.2 微型近红外光谱仪的结构与工作原理

2.2 微型近红外光谱仪光谱信号的特点

2.3 光谱信号预处理中的几种常用方法

2.3.1 平滑滤波

2.3.2 傅里叶变换

2.3.3 小波变换

2.4 动态处理红外探测器噪声信号的新方法

2.5 光谱信号的峰值定位

3 近红外光谱信号分析的相关理论与方法

3.1 近红外光谱信号分析的原理

3.2 近红外光谱分析方法

3.3 光谱信号分析算法

3.3.1 主成分回归法(PCR)

3.3.2 偏最小二乘法(PLS)

3.3.3 模型的交叉验证

3.4 近红外光谱定量分析方法

4 微型近红外光谱仪信号处理与分析系统软件设计

4.1 系统软件设计总体思路

4.2 相关技术

4.3 软件设计

4.3.1 控制模块

4.3.2 信号采集模块(设备接口模块)

4.3.3 光谱信号处理模块

4.3.4 标定模块

4.3.5 显示模块

4.3.6 数据库模块

4.3.7 近红外光谱信号分析模块

4.3.8 样本测试模块

5 实验结果及分析

5.1 实验系统

5.2 微型近红外光谱仪系统标定实验

5.3 验证微型近红外光谱仪信号处理模块功能

5.3.1 时域平均滤波实验

5.3.2 中值滤波和均值滤波实验

5.3.3 近红外光谱信号分析实验

6 总结

致谢

参考文献