为了实现甲烷浓度的测量, 设计了基于差分吸收检测原理的甲烷浓度检测系统。检测系统中的气室部分使用了全反射棱镜配合凹面镜的方法来增加光程, 使光能够被气体充分吸收, 达到了提高测量精度的效果。在测量过程中, 受到环境因素的影响, 使得接受的信号中存在大量的噪声, 为此提出利用小波优化EEMD的方法对接收的信号进行去噪处理, 得到的信噪比为16.9925, 均方根误差为1.5447×10-4。实验结果表明相比于EEMD或小波的去噪方法, 使用小波优化后的EEMD具有更好的噪声抑制效果, 方法适用于甲烷收发谱信号的去噪处理。

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.

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0.1~30 μg·mL-1之间, 干扰色素苋菜红的浓度在0.1~10 μg·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＝326 nm, 最佳发射波长为λem＝430 nm。 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8 μg·mL-1, 苋菜红的物质浓度都定在2 μg·mL-1。 观察6组样本在激发波长λex=326 nm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15 μg·mL-1, 干扰物质苋菜红的物质浓度在0.1~10 μg·mL-1之间。 选择各组样本在最佳激发波长λex＝326 nm 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, 6.146 9, 9.133 8, 11.857 6和14.859 8 μg·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, 6.436 2, 8.882 7, 11.860 1和12.664 3 μg·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。