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基于群智能优化多分类器的DOM组分检测研究
1
作者 付丽辉 戴峻峰 王晓燕 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2349-2356,共8页
可溶解有机物(DOM)是影响生态环境和居民生活安全的重要因素之一。当DOM总量达到一定水平时,将通过水体富营养化引致藻类爆发式生长,使得DOM成分更为复杂、影响更为严峻。常见的DOM检测方法虽然可以对DOM进行定性分析,但对于DOM组分的... 可溶解有机物(DOM)是影响生态环境和居民生活安全的重要因素之一。当DOM总量达到一定水平时,将通过水体富营养化引致藻类爆发式生长,使得DOM成分更为复杂、影响更为严峻。常见的DOM检测方法虽然可以对DOM进行定性分析,但对于DOM组分的测定一直存在瓶颈,单传感器难以完成对水体DOM总量与组分的复杂性测试。提出基于等离子共振传感器(SPR)的交叉敏感性的DOM测试方案。利用群智能算法(PSO)训练的BP神经网络(BP),构建三个分类器。利用多模光纤,镀以55~85 nm的7种不同厚度的金膜,构成具有不同最佳折射率测量值的SPR传感探头,使各传感探头的最佳折射率测量值有效分布在1.33~1.43 RIU范围内,保证每个传感头在最佳测量区间内具有较好的灵敏度、线性度,在其他传感头对应的测量区间内,通过波长、谱宽和光强的变化,有着尽可能敏感的交叉响应。结合基于PSO-BP的三分类器的智能算法,通过对DOM的水样制备、DOM成分的测定、折射率的测量、SPR效应的测量、人工智能网络的训练、验证等实验步骤,实现对被测样本的SPR效应的共振波长、谱宽和光强的综合训练,从而完成对里运河(A)、洪泽湖(B)、公园景观湖(C)、校园景观湖(D)四种被测水体的五种DOM组分(酪氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质、富里酸、溶解性微生物代谢产物、腐殖酸)浓度的有效预测。对四种不同被测水体(A、B、C、D)DOM组分浓度的最高预测率分别为81.2%(酪氨酸)、85%(色氨酸)、82%(色氨酸)、82.6%(色氨酸)。考察了响应参数及分类器个数对预测效果的影响,结果表明,与双分类器和单分类器相比较,三分类器的预测效果最好,对综合水样的五种不同DOM组分浓度的预测正确率分别为81.5%、84%、81%、82%、68.3%,验证了PSO-BP的多分类器及光纤SPR传感器在DOM组分预测中的正确性及可行性。 展开更多
关键词 多分类器 光纤等离子共振传感器 可溶性有机物组分检测 BP神经网络 PSO算法
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群智能优化的动态基线调整在光纤SPR传感器信号处理中的应用
2
作者 戴峻峰 付丽辉 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1092-1102,共11页
将谱宽(β)、基线下测量点数(m)、面积比(λ)作为最佳动态基线的选择依据,在两级适应度函数条件下,利用粒子群优化算法跟踪β、m、λ,寻找最佳组合参数下的动态基线,有效克服了传统基线选择较为随意的问题。搭建了光纤SPR测试装置,采集... 将谱宽(β)、基线下测量点数(m)、面积比(λ)作为最佳动态基线的选择依据,在两级适应度函数条件下,利用粒子群优化算法跟踪β、m、λ,寻找最佳组合参数下的动态基线,有效克服了传统基线选择较为随意的问题。搭建了光纤SPR测试装置,采集8种不同浓度的蔗糖标准溶液的光谱数据,将4种质心跟踪法进行实验对比。结果表明群智能优化动态基线法的预测精度和相关性均最好,可以有效提取质心参数,消除光源波动对测试结果的影响,为实现光纤SPR实时在线监测提供了一种有效途径,其共振波长拟合度为0.996 3,RMSE为1.78。另外,考察了三种质心计算参数的主导地位,结果表明:在设定相同适应度情况下,固定m方法效果最好,进而为质心参数的选择控制提供有效依据。 展开更多
关键词 光纤spr传感器 表面等离子共振效应 粒子群算法 群智能优化 动态基线
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基于侧面抛磨的光纤SPR传感器研究 被引量：2
3
作者 单良 马晓红 赵华凤 《辽宁师范大学学报（自然科学版）》 CAS 2011年第3期296-299,共4页
在设计并搭建光纤侧面抛磨平台的基础上,研制可用于表面等离子体传感器的侧面抛磨光纤,并给出实验检测测量效果.首先理论模拟光纤SPR传感器在制作过程中以及完成后的性能变化,找到理想的工艺参数和测量效果的关系,然后进行设计并搭建光... 在设计并搭建光纤侧面抛磨平台的基础上,研制可用于表面等离子体传感器的侧面抛磨光纤,并给出实验检测测量效果.首先理论模拟光纤SPR传感器在制作过程中以及完成后的性能变化,找到理想的工艺参数和测量效果的关系,然后进行设计并搭建光纤侧面抛磨平台,可实现对光纤抛磨的深度,长度,光插入损耗等物理量的实时在线控制,最后对制成的光纤抛磨样品进行测量,来验证整套装置.根据实验结果,光纤抛磨样品的测量分辨率为3×10-4RIU,峰峰值大于0.1 dB. 展开更多
关键词 表面等离子体 侧面抛磨 光纤spr传感器
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光纤SPR传感器结合多分类器的水体DOM检测
4
作者 付丽辉 戴峻峰 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第22期133-140,共8页
针对单传感器难以完成水体可溶解有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)总量与组份的测试问题,该研究提出利用光纤表面等离子共振(Surface Plasma Resonance,SPR)传感器的非特异选择性来构建传感阵列。通过对光纤SPR传感器的交叉敏感性... 针对单传感器难以完成水体可溶解有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)总量与组份的测试问题,该研究提出利用光纤表面等离子共振(Surface Plasma Resonance,SPR)传感器的非特异选择性来构建传感阵列。通过对光纤SPR传感器的交叉敏感性分析,获得多模光纤镀以7种不同厚度金膜的传感器设计方案,膜厚为55~85 nm,使其对不同的DOM组份产生类似味蕾的交叉敏感性响应。利用粒子群算法(ParticleSwarmOptimization,PSO)训练的BP神经网络构建3个分类器:PSO-BP(波长)、PSO-BP(谱宽)、PSO-BP(光强),实现对待测量响应信息的有效提取,并对里运河(A)、洪泽湖(B)、公园景观湖(C)、校园景观湖(D)4种水体的5种DOM组份(酪氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质、富里酸、溶解性微生物代谢产物、腐殖酸)及其浓度进行预测,在洪泽湖水的色氨酸类蛋白质组份测试试验中,最高正确率可达85%。同时,对多分类器的结构参数进行试验分析,重点考察隐含层节点个数及神经网络结构对DOM组份测试的影响。试验结果表明:隐层节点数取15时可以获得最佳测试效果,通过基于传统神经网络RBF、BP与PSO-BP的比较试验可知,基于PSO-BP的3个分类器在DOM组份测试中的精度最高,对4种水体的色氨酸类蛋白质及溶解性微生物代谢产物组份测试的平均分类精度可达87.50%、86.28%。研究结果为基于光纤SPR传感器及多分类器在DOM组份测试的应用提供依据及新的思路。 展开更多
关键词 传感器 水质 多分类器 交叉敏感性 光纤spr传感器 DOM组份检测 PSO-BP神经网络
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光纤表面等离子体共振传感检测系统中的数据分析 被引量：4
5
作者 李大勇 曹振新 +1 位作者 吴乐南 朱彩莲 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第10期1946-1949,共4页
该文给出了光纤表面等离子体共振(SPR)传感检测系统的输出信号模型,采用偏度峰度检验法检验了其噪声为高斯噪声,提出采用均值估计,降低方差。进一步分析了均值估计中存在的噪声也是高斯噪声,采用线性模型进行估计,确定共振波长和峰值强... 该文给出了光纤表面等离子体共振(SPR)传感检测系统的输出信号模型,采用偏度峰度检验法检验了其噪声为高斯噪声,提出采用均值估计,降低方差。进一步分析了均值估计中存在的噪声也是高斯噪声,采用线性模型进行估计,确定共振波长和峰值强度,结果表明经过两次估计获得的共振波长精度达到了光纤SPR系统中光谱仪的波长检测精度,峰值精度达到了光谱仪的光强检测精度。最后,分析了数据处理量和提出了优化方法,使得在微小牺牲检测精度的前提下数据处理工作量降为原有工作量的2%,特别适用于被测对象变化急剧的情形。 展开更多
关键词 光纤spr传感器 噪声分析 均值估计 线性估计
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光纤表面等离子体共振传感检测系统的数据处理 被引量：1
6
作者 李大勇 曹振新 吴乐南 《测控技术》 CSCD 2005年第12期23-25,35,共4页
给出了光纤SPR传感检测系统的输出信号处理模型,采用Shapiro-Wilk检验确认了测试噪声的高 斯特性;在保证精度的前提下降低了数据采集量;用线性拟合方法处理数据、获得共振波长并测算出最 小运算长度,从而把工作量降至原有的4％,使检测... 给出了光纤SPR传感检测系统的输出信号处理模型,采用Shapiro-Wilk检验确认了测试噪声的高 斯特性;在保证精度的前提下降低了数据采集量;用线性拟合方法处理数据、获得共振波长并测算出最 小运算长度,从而把工作量降至原有的4％,使检测更为高效便捷。 展开更多
关键词 光纤spr传感器 噪声 均值估计 线性估计
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基于单模光纤传输的单模-无心-单模光纤型表面等离子体共振传感器(特邀) 被引量：4
7
作者 陈郁芝 李学金 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期317-321,共5页
光纤表面等离子体共振(SPR)传感器结合了光纤传感器的微型化、可在线传输、易操作和SPR生物检测技术的高灵敏、高选择性、免标记等优势,是当前免疫学生物传感器的研究热点。但传统多模光纤SPR传感器的信号在远距离传输中易损耗、失真。... 光纤表面等离子体共振(SPR)传感器结合了光纤传感器的微型化、可在线传输、易操作和SPR生物检测技术的高灵敏、高选择性、免标记等优势,是当前免疫学生物传感器的研究热点。但传统多模光纤SPR传感器的信号在远距离传输中易损耗、失真。文中提出了一种单模-无心-单模光纤型SPR传感器,能有效减小信号传输中的损耗与失真,且适合与当前的光纤网络衔接。为了消除传感器中的干扰信号,改变无心光纤的芯径,采用去除背景干扰,高斯拟合等方法,最终选取了具有芯径为61.5μm无心光纤的此类传感器,并从中提取出了有效的SPR光谱信号。传感器的灵敏度为1153.40 nm/RIU,分辨率为1.70×10^(-4)RIU。此类光纤生物传感器的成功开发,为智慧医疗、远程医疗提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 光纤spr传感器 折射率 多模干涉
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光纤传感器的发展及应用 被引量：2
8
作者 余子珩 《电子测试》 2017年第6期97-98,共2页
本文首先本文对光纤传感器技术的发展进行了概述,介绍了与光纤相关的基础理论,随后介绍了光纤传感器的组成与分类。就光纤传感器的应用方面进行了分析与说明,指出光纤传感器用途十分广泛,在土木工程,生物医学,电力系统中发挥着巨大的作... 本文首先本文对光纤传感器技术的发展进行了概述,介绍了与光纤相关的基础理论,随后介绍了光纤传感器的组成与分类。就光纤传感器的应用方面进行了分析与说明,指出光纤传感器用途十分广泛,在土木工程,生物医学,电力系统中发挥着巨大的作用。最后,本文展望了光纤传感器技术的发展趋势与前景。 展开更多
关键词 光纤 光纤传感器 光纤spr传感器
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光纤SPR传感检测系统的超分辨数据重建 被引量：3
9
作者 李大勇 曹振新 吴乐南 《测控技术》 CSCD 2006年第11期12-14,34,共4页
对光纤SPR传感检测系统的超分辨数据重建做了可行性分析,给出超分辨数据重建模型,并在共振波长检测实验中验证了超分辨数据重建的有效性。对使用软处理方式提高测量精度具有重要参照价值。
关键词 光纤spr传感器 超分辨 运动估计
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