1 中国地质调查局西安矿产资源调查中心, 陕西 西安 710100
2 西北大学地质学系, 陕西 西安 710127
以金矿石中的金元素为研究对象, 基于灰色关联度和RSM模型提出原子吸收光谱法分析Au测定条件参数的多目标优化模型。 选取泡塑预处理方式、 振荡时间、 王水浓度和硫脲浓度为优化目标, 确定测量结果相对误差的绝对值为质量指标； 建立基于信噪比的正交设计试验, 分析试验结果的质量指标及对应的信噪比并进行量纲化处理, 计算灰色关联系数和关联度； 确定优化目标的极差分别为0.026、 0.116、 0.176、 0.375, 定性判断泡塑处理方式目标最不显著。 根据RSM模型确定王水浓度、 振荡时间、 硫脲浓度为单因素的Box-Behnken方法试验, 采用三因素三水平曲面设计对测定结果相对误差的绝对值进行分析, 制作显著水平表并完成响应曲面试验； 建立二次多项式回归方程的预测模型并进行显著性分析, 其F=217.24, p<0.000 1表明该模型具有高度的显著性, 模型的相关系数为0.996 9, 校正决定系数为0.992 4, 表明该模型可以解释超过99%的响应值变化； 绘制响应曲面图和等高线图对试验数据进行回归拟合, 通过响应曲面的形状和等高线的陡峭程度进行判定分析, 最终寻找最优化目标参数为王水浓度、 振荡时间、 硫脲浓度分别为11.33%、 27.39 min和0.97%时, 样品测量结果的相对误差最小。 模型验证结果表明, 在最优化目标参数条件组合下选择不同质量浓度的金矿石国家标准物质进行样品制备, 测定结果的正确度和精密度均符合DZ/T 0130.3—2006(地质矿产实验室测试质量管理规范), 表明基于灰色关联度-RSM模型对原子吸收光谱法分析金矿石中金元素的多目标优化参数准确可靠, 验证了该方法的科学性和正确性, 能够被应用于实际的生产中去。 该方法对于定性判断各条件参数间的主次关系, 定量计算各条件参数的最佳组合水平具有独特优势, 有望在寻找多目标优化设计参数领域的平台上发挥作用, 更加有效地确定最佳目标组合。
金矿石 聚氨酯泡塑 灰色关联度 RSM模型 原子吸收光谱法 Gold ore Polyurethane foam Gray correlation degree RSM Model AAS 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3117
1 黑龙江八一农垦大学信息与电气工程学院, 黑龙江 大庆 163319
2 农业农村部农产品及加工品质量监督检验测试中心(大庆), 黑龙江 大庆 163319
3 东北农业大学电气与信息学院, 黑龙江 哈尔滨 150030
为建立快速近红外光谱定量分析模型, 特征波长筛选是提高定量分析预测精度较为有效的方法之一。 它能够筛选出有效波长信息, 减少数据冗余、 提高数据有效性。 随机森林(RF)作为一种集成算法, 可根据计算特征重要性进行特征筛选。 RF将基于袋外数据(OOB)的平均精度下降(MDA)方法计算均方误差平均值作为特征重要性结果, 通过设置特征重要性阈值筛选特征变量构成特征波长子集, 但该阈值范围的设定无理论依据, 因此需要对特征重要性阈值范围进行探究。 另一方面, 由于RF的随机特性, 特征波长子集中可能包含无效甚至是干扰变量, 并不能保证所选变量的有效性。 故而进一步提出RF-iPLS波长筛选方法。 区间偏最小二乘法(iPLS)筛选出的特征波长多为连续特征波段的特性, 对特征波长子集划分区间, 弥补RF因自身随机性造成的无效变量问题； 同时, RF筛选的离散特征波长解决了iPLS筛选的连续波段中含冗余信息的问题。 为了说明RF-iPLS算法的合理性, 特征子集经过蒙特卡洛(MC)方法500次样本特征采样后, 构建RF-MC-iPLS算法。 虽然RF-iPLS与RF-MC-iPLS算法结构接近, 但运行时间缩短了11.12%, 结果说明RF-iPLS算法在预测模型中的特征波长筛选是有效的, 且具有较低的时间复杂度。 为了进一步验证改进的RF-iPLS算法的有效性, 应用一组公开谷物蛋白质近红外光谱数据, 建立PLSR模型, 并与全谱的PLSR模型以及基于不同波长筛选方法的PLSR模型进行比较。 实验结果表明, 相比于全谱的117个波长, RF-iPLS优选出12个特征波长, 建模集的RMSEC从2.61降到0.64, 预测精度提升了约75.5%, 预测集的RMSEP从2.63降到0.69, 预测精度提升了73.8%, 极大地提高了预测精度且预测结果最优, 说明RF-iPLS是一种有效的特征波长筛选方法, 可以简化近红外光谱定量分析模型的复杂度并实现高效降维。
波长筛选 特征重要性计算 谷物蛋白质含量 定量分析 Wavelength selection Feature importance calculation Grain protein content Quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1043
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220159
1 1.上海理工大学 机械工程学院, 上海 200093
2 2.上海微高精密机械工程有限公司, 上海 201203
砷化镓因其良好的光电特性被广泛应用于电子与半导体领域, 为推动砷化镓解理加工技术, 对砷化镓材料力学特性的各向异性进行计算并分析。本研究对砷化镓各个晶面之间的夹角、面间距、原子的密度等结构参数进行计算, 基于广义胡克定律结合压痕实验, 分析砷化镓材料表层弹性模量、泊松比、剪切模量、硬度、断裂韧性等力学特性在{100}晶面沿不同晶向力学性能的变化规律。结果表明: 砷化镓不同晶面间结构参数的不同是导致砷化镓力学特性呈现各向异性的主要原因; 砷化镓在{100}晶面上弹性模量、泊松比、剪切模量的各向异性均呈现出周期性变化, 且{100}晶面的剪切模量为恒值59.4 GPa; 砷化镓{100}晶面硬度的各向异性变化幅度较小, 断裂韧性变化幅度较大, 最小值为0.304 MPa·m1/2, 位于<110>晶向, 确定<110>晶向是裂纹最容易扩展的晶向。
砷化镓 力学特性 各向异性 压痕实验 gallium arsenide mechanical property anisotropy indentation test
设计了扭曲向列相液晶太赫兹相位调制器, 利用琼斯矩阵模拟分析了不同扭曲角30°、45°、90°对相位调制特性的影响。得出扭曲角越小其相位延迟量越高, 并且对光的利用率越高。进一步分析电压效应, 结果表明同一频率下加大电压可使透过率增大, 相位延迟量减小。当扭曲角为30°, 选择液晶材料为LC1825, 液晶盒厚度为250 μm设计了透射型相位调制器, 在1.2 THz频率处获得126°的相位延迟。为提高相位调制量设计了结构参数与透射型相同的反射型太赫兹相位调制器, 在1.2 THz下得到相位延迟量为270°, 因反射型结构较透射型增加了一倍的有效光程, 相位调制量大幅提高。
太赫兹 相位调制 扭曲向列相液晶 琼斯矩阵 terahertz phase modulation twisted nematic liquid crystal jones matrix
1 江苏信息职业技术学院 电子信息工程学院, 江苏 无锡 214000
2 扬州大学 a.物理科学与技术学院
3 中国科学院 上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
4 扬州大学 b.信息工程学院, 江苏 扬州 225002
针对传统阶梯型高阶螺旋相位板在光纤端面上制作难度大和使用过程中容易损坏的问题, 文章提出了一种在光纤端面上制作平面型螺旋相位板的设计方案。这种相位板在不同方位角上高度相同, 通过控制不同方位角处的折射率可获得不同的拓扑荷数。文章使用菲涅尔衍射理论对该方案产生的涡旋电场分布及光强分布进行了详细的理论分析, 同时采用时域有限差分方法对基模高斯光束通过具有不同拓扑荷数的平面型螺旋相位板后在光纤中的传播过程进行了仿真验证。仿真结果表明, 该种光纤端面平面型相位板对于高阶和低阶模式都能产生高质量的涡旋光束, 有效克服了传统阶梯型螺旋相位板存在的不足。
涡旋光束 光纤端面 平面型螺旋相位板 折射率 拓扑荷数 vortex beam fiber end face flat spiral phase plate refractive index topological charge
红外与激光工程
2021, 50(4): 20200171
东北农业大学电气与信息学院, 黑龙江 哈尔滨 150030
为了通过植被指数（VI）准确、 可靠的获取不同施肥梯度、 不同品种的水稻叶面积指数（LAI）, 提出了一种基于改进的QGA-ELM算法应用于水稻LAI反演。 首先通过8折交叉验证确定极限学习机(ELM)最佳的隐含层神经元个数与隐含层激活函数类型, 再通过引入组合动态旋转角策略、 单点混沌交叉操作、 混沌变异操作、 确定性选择策略、 量子灾变操作对量子遗传算法（QGA）进行改进, 最后使用改进后的QGA算法优化ELM神经网络输入层到隐含层的连接权值和隐含层的阈值。 为了验证该模型普适性和有效性, 依次建立多元线性回归、 BP、 ELM、 QGA-ELM、 改进的QGA-ELM算法5种模型, 并在不同数据集上进行反演效果比较, 结果表明: （1）对比QGA-ELM算法和改进的QGA-ELM算法进化过程, 改进的算法能有效提升模型寻优能力, 避免算法早熟, 且能寻得更优结果。 （2）对比五种算法在不同数据集上的反演效果, 验证了NDVI, RVI与LAI之间主要为非线性关系, 且ELM神经网络模型反演效果要优于BP神经网络模型和多元线性回归模型。 （3）对比五种算法在不同数据集上的反演效果, 改进的QGA-ELM算法绝大部分情况下拥有最高的反演精度和最低的误差, 改进后的算法反演精度得到了明显提升, 泛化性能也得到了增强。 （4）改进的QGA-ELM算法在各种施肥梯度上均具有最高反演精度和最低误差, 且精度较高, 能为不同生长状况水稻LAI反演提供依据。 （5）五种模型对庆和香LAI反演精度均要高于龙稻18, 而改进的QGA-ELM算法在不同水稻品种上依然具有较高的反演精度, 且在不同水稻品种上反演精度相差极小, 远低于其他四种模型, 能很好适应不同水稻品种LAI反演要求, 极大提升模型的稳定性性, 为不同水稻品种反演提供参考意义。
改进的QGA-ELM算法 叶面积指数反演 施肥梯度 水稻品种 Improved QGA-ELM algorithm Leaf area index inversion Fertilizer gradient Rice varieties 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1227
1 东北农业大学电气与信息学院, 黑龙江 哈尔滨 150030
2 大连工业大学信息科学与工程学院, 辽宁 大连 116034
3 哈尔滨金融学院计算机系, 黑龙江 哈尔滨 150030
稻瘟病是世界公认的水稻重大病害之一。 实现稻瘟病害的早期分级检测, 对水稻病害早期防治及精准用药具有重要意义。 以大田自然发病水稻为研究对象, 采集稻瘟病发病早期染病叶片和健康叶片, 获取所有叶片样本在400~1 000 nm波段内的高光谱图像并提取光谱数据。 水稻在染病之初不会立刻出现病斑, 无法识别采集到的无斑叶片是否染病。 为实现对自然染病叶片早期无病斑状态的识别, 提出取染病叶片贴近病斑的非病斑区域高光谱数据作为染病等级中的1级样本进行检测分析。 按照病斑面积将样本划分为4个等级: 健康叶片为0级(109片)、 染病无病斑为1级(116片)、 病斑面积小于10%为2级(107片)、 病斑面积小于25%为3级(101片)。 运用主成分分析(PCA)和竞争性自适应重加权(CARS)算法进行特征变量选取, CARS提取的特征波段较多, 利用PCA算法对其进一步降维。 分别以全谱数据、 PCA提取的4个、 8个、 CARS选择的21个、 CARS-PCA提取的6个特征变量为输入, 建立水稻稻瘟病早期高光谱支持向量机(SVM)、 PCA4-SVM、 PCA8-SVM、 CARS-SVM和CARS-PCA-SVM检测模型。 结果显示, 所有模型对各级样本的检测准确率均较高, 其中, 对1级样本的检测准确率与其他级别相当, 识别效果较好; 所有模型的样本总体准确率均大于94.6%, CARS-SVM模型的总体准确率最高为97.29%, CARS-PCA-SVM模型为96.61%略低于CARS-SVM模型, 但其输入变量仅为6个, 较CARS-SVM的21个减少71.43%, 模型更为简洁、 更利于提高检测速度。 因此, 综合评价CARS-PCA-SVM模型最优, 各级准确率分别为97.30%, 94.87%, 94.29%和100.00%。 结果表明, 所建模型检测准确度较高, 可以实现对大田自然发病的稻瘟病早期分级检测, 为稻瘟病染病之初无病斑叶片的检测提供新思路, 为水稻稻瘟病早期防治、 精准施药及检测仪器开发提供理论依据。
高光谱 稻瘟病 早期检测 主成分分析 竞争性自适应重加权 Hyperspectral Rice blast Early detection Principal component analysis Competitive adaptive reweighting sampling
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Optoelectronics, Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System of Ministry of Education, Key Laboratory of Interface Science and Engineering in Advanced Materials of Ministry of Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Key Laboratory of Applied Surface and Colloid Chemistry, MOE; Shaanxi Key Laboratory for Advanced Energy Devices; Shaanxi Engineering Laboratory for Advanced Energy Technology, School of Materials Science and Engineering, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China
3 Dalian National Laboratory for Clean Energy; iChEM, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China
4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
5 e-mail: liusz@snnu.edu.cn
6 e-mail: wyc@tyut.edu.cn
Solution-processable, single-crystalline perovskite nanowires are ideal candidates for developing low-cost photodetectors, but their detectivities are limited due to a high level of unintentional defects. Through the surface-initiated solution-growth method, we fabricated high-quality, single-crystalline, defects-suppressed nanowires, which possess atomically smooth side surfaces with a surface roughness of 0.27 nm, corresponding to a carrier lifetime of 112.9 ns. By forming ohmic contacts through the dry contact method, high-performance metal–semiconductor–metal photodetectors have been demonstrated with a record large linear dynamic range of 157 dB along with a record high detectivity of at an illumination power density of . Such superior photodetector performance metrics are attributed to, first, the defects-suppressed property of the as-grown nanowires, which leads to a quite low noise current in the dark, and second, the ohmic contact between and Au interfaces, which gives rise to an improved responsivity compared with the Schottky contact counterpart. The realized high-performance nanowire photodetector advances the development of low-cost photodetectors and has potential applications in weak-signal photodetection.
Photonics Research
2020, 8(12): 12001862
