1 上海交通大学中英国际低碳学院, 上海 201306
2 上海交通大学环境科学与工程学院, 上海 200240
基于三维荧光光谱与有机物特征荧光峰之间的关系, 提出利用三维荧光光谱进行聚类, 再针对不同类的水样利用紫外-可见全波段吸收光谱数据建立COD预测模型的技术路线。 比较分析了平行因子分析(PARAFAC)算法和荧光体积积分(FRI)算法两种不同的光谱分析方法, 再使用模糊c-均值(FCM)算法进行聚类, 并完成了不同类水样的COD预测模型的建立。 研究的水样采集于江苏省常熟市周边的农村区域, 样品均来自不同的分散式农村生活污水处理装置出水, 共100个实验水样; 将测得的水样三维荧光光谱数据经过去散射预处理后利用PARAFAC算法和FRI算法分别提取荧光特征数据; 之后, 利用FCM聚类算法进行相似性聚类; 最后, 利用偏最小二乘(PLS)算法建立水样的紫外-可见全波段吸收光谱和COD之间的回归和预测模型, 并使用决定系数和均方根误差对模型的预测精度进行评价。 研究结果表明: 未分类、 使用FRI、 使用PARAFAC算法提取荧光特征信息后再预测的模型的平均决定系数R2分别为0.632, 0.819和0.906; 平均均方根误差RMSE分别为27.857, 23.621和13.071。 聚类后的回归和预测精度均得到显著提升, 且使用PARAFAC算法提取荧光特征信息后再建模具有最高的预测精度, 相比于未分类预测模型的R2提高了0.274。 本研究提出的基于三维荧光光谱联合紫外可见全波段吸收光谱, 采用“PARAFAC-FCM-PLS”组合算法构建的COD预测模型, 可以有效的提高COD的预测精度, 为高精度的水质在线监测提供了一种新的思路。
全光谱 化学需氧量 平行因子分析 模糊c-均值聚类 偏最小二乘法 Full spectral Chemical oxygen demand Parallel factor analysis Fuzzy c-means classification Partial least squares 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2113
兰州空间技术物理研究所 无锡泓瑞航天科技有限公司，江苏 无锡 230000
为了研究准确性更高的复杂多层膜光学参数测量方法，测量实际镀制红外带通滤光片的光学参数，对红外滤光片研制过程的设计优化与工艺的改进具有重要的指导作用。首先,在研究传统薄膜光学参数光谱测量方法的基础上，提出了包-全法，并研究了该方法的基本思想、物理模型以及优化算法;其次,设计制备了2 000~8 000 nm谱段内膜料单层膜和高透射率、宽截止中波带通红外滤光片，通过对比测量单层膜光学参数反演计算光谱与实测光谱的差异，验证了包-全法测量膜料单层膜光学参数的准确度及有效性，依据测量结果确定了膜料色散关系，甄别了膜层工艺的优劣;最后,采用包-全法与全光谱拟合反演法对红外滤光片的光学参数作了对比测量验证。结果证明：该方法能够准确测量红外滤光片的光学参数，测量结果可用于指导修正设计与工艺之间的匹配性，进而研制了性能更好的红外滤光片。
红外滤光片 光学参数 包-全法 全光谱拟合反演法 infrared filter optical parameters envelope-full spectral fitting inversion method full spectral fitting inversion method 红外与激光工程
2019, 48(9): 0913004
兰州空间技术物理研究所表面工程技术重点实验室，甘肃 兰州 730000
为了研究准确性和效率更高的膜层光学薄膜参数测量方法，对优化膜系结构和改进制备工艺都有重要的指导作用。论文在研究传统测量方法基础上，将包络线法与全光谱拟合反演法相结合，提出了一种新型的光学薄膜参数测量方法。该方法将采用包络线法计算的单层膜光学薄膜参数近似值作为参考，设置全光谱拟合反演法优化搜索的上下限，结合适当的评价函数构建计算物理模型，并选用综合优化算法求解获得待测膜系各膜层的光学薄膜参数。最后设计TiO2、SiO2单层膜和膜系为：G|0.5HLHL0.5H|A(H-TiO2，L-SiO2)的多层膜进行测量验证，并分析了该测量方法的效率、准确度、稳定性等。
光学薄膜 光学薄膜参数 包络线法 全光谱拟合反演法 包络线-全光谱拟合反演法 optical film optical thin film parameters envelope method full spectral fitting inversion method envelope-full spectral fitting inversion method
