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  • 【期刊】 基于二阶校正法的多环芳烃污染物荧光检测

    刊名:光学精密工程 作者:王书涛 ; 杜云 ; 郑亚南 关键词:荧光光谱检测 ; 多环芳烃 ; 浓度检测 ; 二阶校正法 ; PARAFAC算法 ; SWATLD算法 机构:河北科技大学电气工程学院 ; 河北科技大学电气工程学院 ; 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 年份:2018
    摘要:为了对复杂体系的多环芳烃进行定性识别和定量分析,构建了基于二阶校正法的荧光检测系统。利用二阶校正法在三维荧光数据处理中的优势,达到多种混合多环芳烃分离和鉴别的目的。采用FS920荧光光谱仪测量并分析了萘(NAP)、苊(ANA)及两者混合物的荧光光谱特性,发现NAP溶液有一个荧光峰λex/λem=290/322nm,ANA溶液存在两个荧光峰分别为λex/λem=290/322nm和λex/λem=290/336nm,NAP和ANA荧光光谱重叠严重,并且不同浓度配比混合物的荧光光谱具有差异性。通过将二阶校正法与三维荧光光谱法相结合,实现对多环芳烃混合物的浓度检测。分别采用平行因子(PARAFAC)算法和自加权交替三线性分解(SWATLD)算法对光谱数据进行分解。结果表明:两种算法对NAP和ANA混合物均有较高的分辨能力,预测平均回收率均在95%~99%、均方根误差均小于0.2μg/L。相比之下,SWATLD算法的检测效果更好。
  • 【期刊】 基于EMD和数学形态学的多环芳烃光谱去噪

    刊名:光学学报 作者:王书涛 ; 苑媛媛 ; 王玉田 ; 王志芳 ; 杨哲 关键词:光谱学 ; 多环芳烃 ; 经验模态分解 ; 数学形态学 ; 去噪 机构:燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 ; 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 年份:2017
    摘要:基于多环芳烃中苯并[k]荧蒽(BkF)的强荧光特性,构建了荧光检测实验系统,并制备了10个不同浓度的BkF甲醇溶液样品,分析了样品荧光特性。为了更好地进行定性和定量分析,采用经验模态分解(EMD)改进阈值法结合数学形态学对荧光光谱信号进行去噪处理,并与EMD阈值去噪法进行对比。结果表明,提出的方法使去噪后的荧光光谱更加平滑,荧光强度与样品浓度的线性相关系数更高,达到0.99746;信噪比有所提高;原始信号与去噪后信号的均方误差由0.0053降低至0.0012。提出的方法去噪效果显著,有效地提高了光谱的分析精度,为荧光光谱预处理提供了一种新方法。
  • 【期刊】 粒子群优化BP神经网络在甲烷检测中的应用

    刊名:光子学报 作者:王书涛 ; 王志芳 ; 王贵川 关键词:气体 ; 吸收光谱 ; 误差反向传播 ; 神经网络 ; 甲烷 ; 浓度预测 机构:燕山大学电气工程学院 ; 燕山大学电气工程学院 年份:2019
    摘要:为了准确、快速地检测和预测甲烷气体的浓度,设计了基于红外差分吸收法的甲烷浓度检测系统.为了降低系统部件不稳定带来的影响,检测系统采用双气室结构,气室的输入和输出接口处通过渐变折射率透镜连接到传输光纤,以降低光强的损耗.系统对甲烷检测结果的平均误差为0.007 5.基于粒子群优化的误差反向传播神经网络算法构建了甲烷预测模型,以浓度在0.2%~2.0%范围内的甲烷气体为研究对象.在样本训练过程中,预测模型的精度达到10-4,实际输出值与期望值线性回归的相关系数为0.998 8,最大相对标准偏差为0.248%.实验结果表明,在甲烷浓度预测中,相对于误差反向传播神经网络预测模型,粒子群优化误差反向传播神经网络的预测性能更优.
  • 【期刊】 基于局部纹理特性和图像分割的分步立体匹配

    刊名:计量学报 作者:王书涛 ; 陈华 ; 张志娟 ; 刘刚 ; 胡春海 关键词:计量学 ; 分步立体匹配 ; 局部纹理特性 ; 图像分割 ; 视差约束 机构:燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 ; 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 ; 河北秦皇岛 年份:2017
    摘要:为解决立体匹配难以兼顾精度和速度的问题,提出一种分步立体匹配方法.根据局部纹理特性对图像对进行灰度变换;然后利用均值漂移算法分割参考图像,以任意大小和形状的分割区域为支持窗口进行初次匹配,形成基于色彩分割的视差约束;再以固定窗口为支持窗口进行二次匹配,获得初始视差图;最后通过可信度分类优化初始视差.实验结果表明所提出的算法兼有较高的匹配速度和精度.
  • 【期刊】 基于三维荧光光谱和PSO-SVM对胭脂红含量的测定

    刊名:光谱学与光谱分析 作者:王书涛 ; 彭涛 ; 李明珊 ; 王贵川 ; 孔德明 ; 王玉田 关键词:荧光光谱 ; 胭脂红 ; 粒子群优化算法 ; 支持向量机 机构:燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 ; 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 年份:2019
    摘要:胭脂红是一种应用广泛的食品色素,在各种食品、饮料的添加剂里都有它的身影,过量食用人工合成色素会严重危害健康。食物中色素一般都是多种联用,各种色素之间会相互产生干扰,这加大了对食品中色素检测的难度,模拟食品中多种色素共存的环境,采用荧光光谱技术,结合PSO-SVM算法,建立一种测定混合溶液中胭脂红含量的方法。从试剂公司购买胭脂红和苋菜红固体粉末,选择胭脂红为待检测色素,苋菜红为干扰色素,配成不同浓度的胭脂红单色溶液以及加入苋菜红后的混合溶液样本,其中胭脂红的浓度在0.1~30μg·mL~(-1)之间,干扰色素苋菜红的浓度在0.1~10μg·mL~(-1)之间随意添加。运用Edinburgh Instruments公司生产的FS920稳态荧光光谱仪,测得胭脂红单色溶液与加入苋菜红后混合溶液的荧光光谱图,分析得到胭脂红的最佳激发波长为λex=326nm,最佳发射波长为λem=430nm。各选取6组不同浓度的单色样本以及混合色素样本,其中,胭脂红的物质浓度同为3,4,5,6,7和8μg·mL~(-1),苋菜红的物质浓度都定在2μg·mL~(-1)。观察6组样本在激发波长λex=326nm时的发射光谱和荧光强度的关系。单色样本中,胭脂红浓度与荧光强度线性关系良好;而在混合溶液中,随着胭脂红浓度的增加,荧光强度呈现出先降后增再降的过程,光谱线型、强度与各组分浓度间存在复杂的非线性关系,得以证明混合溶液的荧光光谱并不是由各组分光谱简单的叠加,而是在吸收光谱的过程中,胭脂红溶液与苋菜红溶液存在竞争和相互影响。配取25组胭脂红、苋菜红混合溶液,从中选择7个作为预测样本,其余18组作为训练样本。7个预测样本中胭脂红的浓度分别为1.0,2.0,4.0,6.0,9.0,12和15μg·mL~(-1),干扰物质苋菜红的物质浓度在0.1~10μg·mL~(-1)之间。选择各组样本在最佳激发波长λex=326nm下对应的荧光强度,作为检测模型的输入,以胭脂红的预测浓度作为输出。对PSO参数初始化设置后,训练输出SVM的最佳参数c和g,将所得的最佳参数输入PSO-SVM模型,得到7组预测样本的浓度预测结果分别为:1.146 9,1.860 6,3.854 4,6.1469,9.133 8,11.857 6和14.859 8μg·mL~(-1)。分析PSO-SVM的预测结果,得到胭脂红平均回收率为100.84%,预测均方根误差(RMSEP)为1.03×10-4,模型输出与真实值之间的相关系数是0.999。在同等条件下,采用误差逆向传播算法(BP)预测得到的7组样本浓度分别为:1.140 1,2.139 8,3.188 2,6.4362,8.882 7,11.860 1和12.664 3μg·mL~(-1),其平均回收率为98.56%,均方根误差为4.65×10-3,输出值与真实值之间的相关系数为0.972。与误差逆向传播算法(BP)的预测结果相比较,PSO-SVM相关系数高出2.7%,平均回收率高出0.6%,均方根误差降低了将近一个数量级。分析结果表明,通过荧光光谱技术与PSO-SVM相结合的方法,能够有效的避开干扰色素的影响,准确的测定混合溶液中胭脂红的含量,并且效果相比较于BP更加理想。
  • 【期刊】 基于交替三线性分解的芳烃类化合物荧光光谱

    刊名:激光与光电子学进展 作者:王书涛 ; 王玉田 ; 刘凌妃 ; 张正帅 关键词:光谱学 ; 荧光光谱学 ; 交替三线性分解 ; 完整集成经验模态分解 ; 回收率 机构:燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 ; 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 年份:2018
    摘要:基于交替三线性分解(ATLD)研究了芳烃类化合物的荧光光谱。通过完整集成经验模态分解(CEEMDAN)及小波软阈值算法对荧光光谱进行了去噪处理,处理后信噪比为28.51,均方根误差为3.52×10~3。ATLD算法能成功分辨出1-萘酚、2-萘酚和萘,三种物质的回收率分别为96%~103.3%,97.24%~103.9%和97.2%~103.6%。结果表明,ATLD算法对芳烃类化合物具有良好的预测性能。
  • 【期刊】 基于CS-SVM的山梨酸钾的荧光光谱检测法研究

    刊名:计量学报 作者:王书涛 ; 朱彩云 ; 刘洺辛 ; 彭涛 ; 程琪 ; 孔德明 ; 王玉田 关键词:计量学 ; 山梨酸钾 ; 荧光光谱 ; 布谷鸟搜索算法 ; 支持向量机 机构:燕山大学电气工程学院测试计量技术及仪器重点实验室 ; 燕山大学电气工程学院测试计量技术及仪器重点实验室 ; 河北秦皇岛 年份:2018
    摘要:通过分析山梨酸钾的橙汁溶液的荧光光谱特征,发现山梨酸钾在激发波长为375 nm、发射波长为450~510 nm范围的光谱图有毛刺,说明橙汁被激发的荧光会干扰山梨酸钾的荧光光谱.构建布谷鸟搜索算法(CS)优化支持向量机(SVM)模型对15个样本进行训练,并预测7个样本的山梨酸钾的浓度.CS-SVM的平均回收率为99.07%,均方误差为1.21×10-5g/L,结果表明CS-SVM能够精确测定橙汁溶液中山梨酸钾的浓度,CS-SVM训练过程和对预测结果的平均回收率、误差都优于PSO-SVM和GA-SVM.
  • 【期刊】 预应力混凝土连续箱梁体外束无损张拉施工技术

    刊名:公路 作者:王书涛 ; 刘利军 关键词:桥梁工程 ; 预应力 ; 混凝土 ; 体外束 ; 无损 ; 张拉 ; 技术 机构:中交第三公路工程局有限公司 ; 中交第三公路工程局有限公司 年份:2016
    摘要:体外预应力的施工,关键在于控制应力损失和保护预应力材料不受损坏。通过使用体外束无损张拉(ISNT)施工技术,可以确保张拉时体外束工作夹片、钢绞线环氧树脂保护层不受损坏,应力照常规张拉方法损失极小,锚固质量高,具有广泛的应用前景。
  • 【期刊】 光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

    刊名:《光谱学与光谱分析》 作者:王书涛 ; 赵兴涛 ; 刘晓旭 ; 韩颖 ; 赵原源 ; 李曙光 ; 侯蓝田 关键词:光子晶体光纤 ; 非线性 ; 孤子波 ; 色散波 机构:燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 ; 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室 ; 亚稳材料科学与技术国家重点实验室 ; 河北科技师范学院物理系 年份:2016
    摘要:光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_(FWHM))、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82μm波段的剩余泵浦光、1.1μm波段的孤子波、2μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。
  • 【期刊】 以空芯光子带隙光纤作气室的全光纤甲烷检测

    刊名:光电工程 作者:王书涛 ; 刘铭华 ; 曾秋菊 ; 王志芳 ; 王兴龙 ; 陈东营 ; 魏蒙 关键词:全光纤检测 ; 空芯光子带隙光纤 ; 甲烷浓度 ; 谐波检测 机构:燕山大学电气工程学院 ; 燕山大学电气工程学院 年份:2015
    摘要:以空芯光子带隙光纤(PBGF)作为气体传感部件,分析了PBGF内部导光机制及其甲烷在纤芯缺陷区域的扩散特性,设计多段PBGF连接耦合弯曲成圈在一起组成的传感气室,构建一套全光纤甲烷浓度检测系统。引入分布式反馈光纤激光器的调控机制,采用谐波检测技术,实现了整体对全光纤甲烷浓度检测系统的优化。经实验,可证明由该传感部件组成的全光纤甲烷浓度检测系统能够实现甲烷浓度在线实时检测,并且甲烷浓度与相对强度成良好的线性关系,其线性度可达99.8%。
  • 【期刊】 三个零色散波长光子晶体光纤及相位匹配特性

    刊名:光学学报 作者:王书涛 ; 赵兴涛 ; 刘晓旭 ; 刘兆伦 ; 王伟 ; 李曙光 ; 侯蓝田 关键词:光纤光学 ; 光子晶体光纤 ; 色散 ; 相位匹配 ; 四波混频 机构:燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室亚稳材料科学与技术国家重点实验室 ; 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室亚稳材料科学与技术国家重点实验室 ; 河北科技师范学院物理系 年份:2015
    摘要:利用多极法对光子晶体光纤的色散特性进行了模拟,通过结构参数的精确设计,得到了具有三个零色散波长的单模光纤,获得了色散值极低的超平坦色散曲线。对三个零色散波长光子晶体光纤特殊的相位匹配特性进行了研究,在不同光纤结构参数下,得到了相位匹配波长随抽运波长及抽运功率的变化规律,分析了不同色散曲线对应的相位匹配波长特点。三个零色散波长光纤能实现两个反常色散区之间光孤子的高效波长变换,可以获得6个新的四波混频相位匹配波长,产生更多光子对,为高效、多波长四波混频的产生及超连续谱的研究提供了新的物理环境。
  • 【期刊】 SG平滑和IBPLS联合优化水中油分析方法的研究

    刊名:光谱学与光谱分析 作者:王书涛 ; 侯培国 ; 李宁 ; 常江 ; 宋涛 关键词:矿物油检测 ; FTIR-ATR ; SPXY ; SG平滑 ; 迭代Bagging偏最小二乘法 机构:燕山大学电气工程学院仪器科学与工程系 ; 燕山大学电气工程学院仪器科学与工程系 ; 秦皇岛视听机械研究所 年份:2015
    摘要:快速准确地检测水中矿物油的种类与含量对污染源及时排查和控制具有重要的意义,而红外光谱分析技术检测水中矿物油具有高效、快速、无污染的优势。为获得更加可靠的分析结果应用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(FTIR-ATR)技术获取矿物油样品的光谱信息,采用SPXY法划分样本集。对偏最小二乘法(PLS)和迭代Bagging偏最小二乘法(IBPLS)这两种建立回归模型的方法进行对比分析,还比较了采用Savitzky-Golay(SG)平滑方法与迭代Bagging偏最小二乘法(IBPLS)相结合和单一采用迭代Bagging偏最小二乘法建立回归模型的区别。通过对预测回归曲线进行对比,得出通过SG平滑的预测效果明显优于未做的。而且采用SG平滑方法和IBPLS相结合的方法建立回归模型时,汽油模型参数RMSEP为0.001 125g·mL-1,r为0.992 5;柴油模型参数RMSEP为0.001 384g·mL-1,r为0.989 3。
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