激光与光电子学进展, 2020, 57 (15): 153002, 网络出版: 2020-08-04   

基于激光诱导击穿光谱与GA-BP神经网络的塑料分类识别 下载: 1152次

Plastic Classification and Recognition by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy and GA-BP Neural Network
作者单位
西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃, 兰州 730070
图 & 表

图 1. BP神经网络的组成

Fig. 1. Composition of BP neural network

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图 2. GA-BP神经网络的流程图

Fig. 2. Flow chart of GA-BP neural network

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图 3. 实验装置的原理图

Fig. 3. Schematic diagram of the experimental device

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图 4. 激光灼烧样品表面的离焦状态。(a)正焦点;(b)焦点;(c)负焦点

Fig. 4. Defocused state of laser burning sample surface. (a) Positive focus; (b) focus; (c) negative focus

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图 5. 特征谱线与离焦量的关系

Fig. 5. Relationship between the characteristic spectral line and the amount of defocusing

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图 6. ABS的发射光谱。(a)原始光谱;(b)处理后的光谱

Fig. 6. Emission spectrum of ABS. (a) Original spectrum; (b) spectrum after treatment

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图 7. 不同塑料样品的前三个主成分散点图

Fig. 7. First three main component dispersion points of different plastic samples

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图 8. PCA-GA-BP神经网络的预测结果

Fig. 8. Prediction results of PCA-GA-BP neural network

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图 9. 不同算法的性能对比。(a) GA;(b) PCA-BP神经网络;(c) PCA-GA-BP神经网络

Fig. 9. Performance comparison of different algorithms. (a) GA; (b) PCA-BP neural network; (c) PCA-GA-BP neural network

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图 10. 三种神经网络的分类误差数

Fig. 10. Classification errors of three neural networks

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表 19种塑料样品的分子式和颜色

Table1. Molecular formula and color of 9 plastic samples

SampleMolecular formulaColor
ABS(C58H64N2)nyellow opaque
PC(C16H14O3)nlight yellow-transparent
PP[CH2CH(CH3)]nwhite opaque
PE(C2H4)nwhite opaque
POM(CH2O)nwhite opaque
PU(CHNO2)nyellow black-transparent
PS(C8H8)ncolorless and transparent
PA-6(C6H11ON)nlight yellow-transparent
PMMA(C5H8O2)ncolorless and transparent

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表 2特征谱线与波长

Table2. Characteristic spectral line and wavelength

Characteristic spectral lineWavelength /nm
C(I)247.86
Mg (II)279.55
Al (I)309.27
Ti (II)334.90
C-N388.30
Ca (II)393.34
F(II)429.91
C2516.50
Na (I)589.06
H(I)656.30
CL(I)725.70
F(I)739.90
N (I)746.90
K(I)766.50
O (I)777.30

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表 3三种神经网络的训练结果

Table3. Training results of three neural networks

Neural networksTotal-error /pieceMean-error /pieceTotal training-time /sAverage-time /sAverage recognition-accuracy /%
PCA-BP3046.0846.240.9398.31
GA-BP1553.10113.602.2799.14
PCA-GA-BP330.6682.101.6499.82

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宋海声, 麻林召, 朱恩功, 王一帆, 刘宇平, 孙文健, 彭鹏, 李承飞. 基于激光诱导击穿光谱与GA-BP神经网络的塑料分类识别[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(15): 153002. Haisheng Song, Linzhao Ma, Engong Zhu, Yifan Wang, Yuping Liu, Wenjian Sun, Peng Peng, Chengfei Li. Plastic Classification and Recognition by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy and GA-BP Neural Network[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(15): 153002.

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