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基于近红外技术的茶叶成份快速分析仪的原理与设计

作　者: 刘辉军
导　师: 吕进；林敏
学　校: 中国计量科学研究院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 茶叶 近红外光谱法 化学计量学 波长选择 滤光片
分类号: TH79
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 267次
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内容摘要


近红外光谱分析技术在各种食品和农产品的品质分析方面以其快速、稳定、准确、节能环保和低成本等特点，正在快速替代许多常规理化分析手段，在分析化学与应用光谱领域中极具影响的匹兹堡会议中认为近红外光谱法是分析化学和分析仪器的应用方面最受重视的方法之一。 论文以化学计量学方法和近红外光谱技术为研究手段，以茶叶为研究对象，进行了基于近红外技术的茶叶成份快速分析仪的原理与设计的研究。 本文详细分析了茶叶近红外吸收光谱特征，讨论了茶叶光谱与各组分间的关系，通过用相关系数法结合偏最小二乘法说明了茶叶近红外吸收光谱与组分含量间存在非线性关系，建立了基于径向基函数(RBF)神经网络的茶叶各组分非线性模型，模型结果有很大的改进。为了提高仪器的性价比，提出一种基于遗传算法的茶叶近红外光谱的特征波长的选择方法，并应用遗传算法结合光谱分析理论确定各组分的分析波长，首次提出了遗传神经网络的茶叶近红外光谱分析模型，其结果优于PLS和RBF神经网络模型；完成了仪器部分电路的设计；对各种近红外光谱仪的结构进行了比较，提出了滤光片型茶叶成份近红外光谱分析仪的设计方案。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
第一章 绪论  6-13
  §1.1 前言  6
  §1.2 茶叶的主要成份及特性  6-9
    §1.2.1 茶多酚  6-7
    §1.2.2 咖啡碱  7
    §1.2.3 水分  7-8
    §1.2.4 氨基酸  8
    §1.2.5 维生素  8
    §1.2.6 矿质元素  8-9
  §1.3 茶叶成份检测方法  9-10
    §1.3.1 常规检测方法  9
    §1.3.2 新型快速检测方法  9-10
  §1.4 近红外光谱分析技术在茶叶品质检测中的应用  10-11
  §1.5 近红外茶叶成份快速分析仪的意义  11
  §1.6 本文主要研究内容  11-13
第二章 茶叶成份近红外光谱分析技术  13-29
  §2.1 茶叶近红外光谱检测原理  13-16
    §2.1.1 近红外光谱分析原理  13-14
    §2.1.2 茶叶近红外漫反射原理  14-15
    §2.1.3 光谱采集实验  15-16
  §2.2 近红外光谱化学计量学方法  16-19
    §2.2.1 定标样品的选择  17
    §2.2.2 近红外光谱预处理方法  17-19
  §2.3 波长选择方法与应用  19-23
    §2.3.1 相关系数法和方差分析法  19-20
    §2.3.2 逐步回归分析方法(Stepwise Regression Analysis,SRA)  20-21
    §2.3.3 遗传算法(Genetic Algorithm,GA)  21-23
    §2.3.4 其它波长选取方法  23
  §2.4 多元校正方法  23-29
    §2.4.1 偏最小二乘法  23-25
    §2.4.2 人工神经网络  25-29
第三章 茶叶近红外光谱分析模型  29-50
  §3.1 茶叶样品特性分析  29-34
    §3.1.1 茶叶样品构成  29-31
    §3.1.2 四种分析成份的光谱特性  31-34
  §3.2 基于偏最小二乘的分析模型  34-39
    §3.2.1 水分PLS模型  35-36
    §3.2.2 茶多酚PLS模型  36-37
    §3.2.3 咖啡碱PLS模型  37-38
    §3.2.4 氨基酸PLS模型  38-39
  §3.3 径向基神经网络模型  39-44
    §3.3.1 数据准备  40
    §3.3.2 径向基网络的构建  40-41
    §3.3.3 RBP网络模型分析结果  41-44
  §3.4 GA-RBF网络模型  44-50
    §3.4.1 数据准备  44
    §3.4.2 遗传神经网络的参数设置  44-45
    §3.4.3 GA-RBF网络模型分析  45-50
第四章 茶叶成份近红外光谱仪设计  50-62
  §4.1 近红外光谱仪器类型  50-55
    §4.1.1 滤光片型近红外仪器  50-51
    §4.1.2 发光二极管(LED)型近红外仪器  51
    §4.1.3 光栅单色器型近红外光谱仪  51-52
    §4.1.4 傅里叶变换型近红外光谱仪  52
    §4.1.5 声光可调滤光片型(AOTF)近红外光谱仪  52-53
    §4.1.6 多通道检测型近红外光谱仪  53-55
    §4.1.7 国内近红外光谱仪器市场  55
  §4.2 本文采用的近红外光谱仪器结构  55-59
    §4.2.1 光学设计方案  56
    §4.2.2 光源  56-57
    §4.2.3 波长选择装置  57-58
    §4.2.4 探测器  58-59
  §4.3 嵌入式系统设计方案  59-61
    §4.3.1 嵌入式近红外光谱分析仪特点  59-60
    §4.3.2 Windows XP Embedded  60-61
  §4.4 茶叶成份近红外光谱分析软件  61-62
第五章 总结和展望  62-63
参考文献  63-66
在读期间发表的相关论文和主要科研项目  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 生物科学与农林科学仪器
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