[發(fā)明專利]一種瀝青蠟含量紅外光譜校正模型雙向傳遞方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611028531.7
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106769981B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁洪福;曹玉婷;宋春風(fēng);趙眾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/3577;G01N21/3504
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種瀝青蠟含量的紅外光譜校正模型雙向傳遞方法，包括如下步驟：

(1)樣品與光譜采集：收集瀝青樣品，在主光譜儀器上測得樣品集的紅外光譜數(shù)據(jù)；使用Rank-KS方法選取S個樣品組成傳遞樣品集，在從光譜儀器測得傳遞樣品的紅外光譜數(shù)據(jù)；

(2)模型傳遞：使用夾角度量-分段直接校正方法建立主儀器與從儀器之間的光譜傳遞模型；其中為最佳傳遞矩陣，Z_t為Z經(jīng)校正后的校正光譜；光譜的傳遞分為兩個方向：一是從儀器向主儀器的傳遞，通過修正從儀器光譜匹配主儀器光譜；二是主儀器向從儀器的傳遞，通過修正主儀器光譜匹配從儀器光譜；前者光譜傳遞模型中Z為從儀器光譜，后者Z為主儀器光譜；

(3)評價：使用標(biāo)準(zhǔn)方法測量瀝青樣品蠟含量，在主儀器建立瀝青蠟含量校正模型，通過模型預(yù)測驗(yàn)證集樣品的蠟含量，并計算其預(yù)測均方根誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差，以此來評價從儀器向主儀器傳遞的效果；通過修正后的主儀器光譜建立從儀器光譜的蠟含量校正模型；

(4)預(yù)測：在從光譜儀器采集待測樣品的光譜，使用原始主儀器模型對修正后光譜作預(yù)測，或使用新模型對原始光譜作預(yù)測，均能得到待測瀝青樣品的蠟含量；

使用SA-PDS方法建立主儀器與從儀器全譜段紅外光譜的傳遞模型，其步驟如下：

A、使用PDS方法實(shí)現(xiàn)得到被匹配的目標(biāo)光譜和待修正的轉(zhuǎn)化光譜之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；

A1、選擇目標(biāo)光譜Z_m的第n個波長點(diǎn)的吸光度矩陣為Z_m,n；

A2、在轉(zhuǎn)化光譜矩陣Z_s中的第n個波長點(diǎn)左右分別擴(kuò)展一個大小為k的窗口,令X_s,n表示轉(zhuǎn)化光譜從n-k到n+k波長點(diǎn)的吸光度矩陣X_s,n＝[z_s,n-k,z_s,n-k+1,…,z_s,n+k-1,z_s,n+k]；X_s,n與吸光度矩陣Z_m,n構(gòu)造一個多元回歸模型Z_m,n＝X_s,n×b_n；

A3、由最小二乘法(PLS)求解上述回歸方程，PLS方法中需要設(shè)置主因子數(shù)；將所有的回歸系數(shù)b_n(n＝1,···q)置于轉(zhuǎn)換矩陣F的主對角線上,并將其它元素置為0,得到一個對角形矩陣其中q為總波長點(diǎn)數(shù)；

B、使用光譜夾角判定方法確定PDS參數(shù)值：PLS主因子數(shù)N_lv、傳遞樣本數(shù)N_s和窗口大小k，獲取最佳轉(zhuǎn)換矩陣其步驟為：

B1、確定PLS主因子數(shù)：

Step1:k值設(shè)為默認(rèn)值7，傳遞樣本數(shù)N_s為最初采集的傳遞樣本數(shù)S，設(shè)置PLS主因子數(shù)N_lv的閾值為1～X，X一般小于15，將N_lv在閾值范圍內(nèi)變化，使用傳遞集樣品光譜，通過PDS方法計算得到轉(zhuǎn)換矩陣{F_p1,F_p2……,F_pX}；

Step2:選取m個樣品作為驗(yàn)證集，將驗(yàn)證集傳遞光譜Z_test通過不同傳遞矩陣{F_p1,F_p2……,F_pX}修正得到{Z_p1,Z_p2……,Z_pX}；

Step3:計算每個驗(yàn)證集樣品目標(biāo)光譜z_m和傳遞后光譜z_t間的夾角值{θ_p1,θ_p2……,θ_pm}，公式：其中<,>表示向量內(nèi)積，arc表示反三角函數(shù)，然后求取其平均值得到目標(biāo)光譜和由不同矩陣傳遞的光譜之間的夾角值

Step4:選擇值最小對應(yīng)的N_lv值為最終確定的PLS主因子數(shù)

B2、確定傳遞樣本數(shù)：

Step1:PLS主因子數(shù)設(shè)置為傳遞樣本數(shù)N_s的閾值為2～S，將傳遞樣本數(shù)N_s在閾值范圍內(nèi)變化，用KS方法選取N_s個傳遞集樣品光譜，通過PDS方法計算得到轉(zhuǎn)換矩陣{F_s2,F_s3……,F_ss}；

Step2:將驗(yàn)證集傳遞光譜Z_test通過不同傳遞矩陣{F_s2,F_s3……,F_ss}修正得到{Z_s2,Z_s3……,Z_ss}；

Step3:計算得到目標(biāo)光譜和由不同矩陣傳遞的光譜之間的夾角值計算公式與得到相同；

Step4:選擇值最小對應(yīng)的N_s值為最終確定的傳遞樣本數(shù)

B3、確定窗口大小：

Step1:PLS主因子數(shù)設(shè)置為傳遞樣本數(shù)設(shè)置為窗口大小k的閾值為1～Y，Y小于20，將窗口大小k在閾值范圍內(nèi)變化，計算得到轉(zhuǎn)換矩陣{F_k1,F_k2……,F_kY}；

Step2:將驗(yàn)證集傳遞光譜Z_test通過不同傳遞矩陣{F_k1,F_k2……,F_kY}修正得到{Z_k1,Z_k2……,Z_kY}；

Step3:計算得到目標(biāo)光譜和由不同矩陣傳遞的光譜之間的夾角值計算公式與得到相同；

Step4:選擇值最小對應(yīng)的k值為最終確定的窗口大小

B4、將最終確定的傳遞樣本數(shù)PLS主因子數(shù)和窗口大小代入PDS中，得到最佳的傳遞矩陣

C、通過光譜模型實(shí)現(xiàn)主儀器與從儀器之間的光譜轉(zhuǎn)換；若主儀器光譜為目標(biāo)光譜，則使用原始主儀器模型對修正后未知待測樣品從儀器光譜作預(yù)測；若從儀器為目標(biāo)光譜，則通過修正的主儀器光譜建立新模型，對未知待測樣品從儀器光譜作預(yù)測。

2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：它適用于包括石油類產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品、食品或醫(yī)藥樣品的組分濃度的測定。