论文题目: 基于液滴分析技术和液滴指纹图的液体识别方法的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 测试计量技术及仪器
作者: 宋晴
导师: 张国雄,裘祖荣
关键词: 液滴分析,液滴指纹图,归一化处理,特征提取,液体识别
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 通过液滴分析技术和相关仪器可以获得被测液体的“液滴指纹图”,它揭示了经过液滴内部的光信号随液滴生长变化而变化的规律,液滴指纹图反映液体的多种特性且在一定条件下具有唯一性。本论文的主要目的是研究利用液滴指纹图对液体进行细微识别的方法。本文详细介绍了液滴分析仪,包括液滴传感器、信号处理电路、程控微量供液系统和计算机接口等各部分的工作原理和结构设计,并针对实验中发现的问题对传感器和供液泵作了实质性地改进,大大提高了信噪比。为了使得不同液体的液滴指纹图具有可比性,本文提出了归一化处理的思想和方法,归一化处理从数据形式上排除了供液速度变化对液滴指纹图的影响。本文提出了液滴指纹图特征提取的基本思路:用多个特征值组成的特征向量来描述图形,从而把液滴指纹图转变成多维空间中的一个点;并提出了“波形分析法”、“相关比较法”、“数据压缩法”和“多项式回归法”等对液滴指纹图进行特征提取的具体方法。本文定义了“分辨灵敏度”来定量地描述特征参数对液滴指纹图变化的反应能力。本文提出了液体识别的基本思路:比较被测液体与参考液体的液滴指纹图之间的“差异”,如果差异在设定的阈值范围内就判定为真,否则判定为假。根据“差异”的描述方法的不同,提出了“基于液滴指纹图图形的识别”、“基于液滴指纹图特征向量的识别”和“基于液滴指纹图特征值的识别”三种具体的识别方法,并提出了根据仪器测量不确定度和参考液体本身的分散性确定阈值的方法。通过典型样品的识别实验,研究了各种特征和识别方法适用的液体类型,对于常见液体推荐了适用的识别特征和识别方法。本文的分析证明:通过液滴指纹图对液体进行识别确实是一种新颖的、有效的、简单的且适应性广泛的研究方法,完全有可能应用于打假、液体生产工艺控制、环境监测和其它需要对液体进行细微鉴别的场合。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 液滴分析技术的定义、特点和应用领域
1.2 液滴分析技术的发展
1.2.1 液滴体积分析方法
1.2.2 光纤液滴分析方法
1.2.3 电容液滴分析方法
1.2.4 光纤、电容液滴分析方法
1.2.5 图像液滴分析方法
1.2.6 光谱液滴分析方法
1.2.7 液滴分析技术的现状
1.3 本论文内容
1.3.1 液滴分析系统的设计
1.3.2 本论文的研究目的和意义
1.3.3 本论文的研究方法和主要内容
第二章 液滴分析仪
2.1 液滴分析仪的工作原理
2.2 液滴分析仪的组成
2.2.1 液滴传感器
2.2.2 信号处理电路
2.2.3 程控微量供液系统
2.2.4 仪器的研究平台
2.3 液滴传感器的改进设计
2.4 供液系统的改进设计
2.5 基于液滴分析仪的样品测试实验
2.5.1 实验目的
2.5.2 实验样品的选择
2.5.3 实验信号曲线及其定性分析
2.6 本章小结
第三章 液滴指纹图的滤波处理
3.1 液滴指纹图的局部放大
3.2 数字滤波器
3.2.1 概述
3.2.2 线性相位滤波
3.2.3 零相位滤波
3.3 液滴指纹图的频谱特性
3.4 液滴指纹图的低通滤波处理
3.4.1 低通数字滤波器
3.4.2 IIR 滤波处理
3.4.3 FIR 滤波处理
3.4.4 信噪比分析
3.4.5 滤波器的选择
3.5 本章小结
第四章 液滴指纹图的归一化处理
4.1 归一化处理的必要性和重要性
4.1.1 液滴指纹图的唯一性和可比性
4.1.2 原始液滴指纹图在数据形式上不具有可比性
4.1.3 归一化处理的目的
4.2 归一化处理的方法和算法
4.2.1 判断液滴分离点
4.2.2 线性插值计算每一滴液滴内的归一化数据
4.2.3 多个液滴周期取平均
4.3 实验分析与讨论
4.3.1 归一化使得不同液体的指纹图具有可比性
4.3.2 基于时间的液滴指纹图和基于体积的液滴指纹图
4.3.3 供液速度对液滴指纹图的影响
4.3.4 归一化处理算法的比较
4.4 归一化处理的程序设计
4.5 本章小结
第五章 基于波形分析的液滴指纹图的特征提取
5.1 液滴指纹图特征提取的基本思路
5.2 波形分析方法的原理和波形参数的定义
5.3 液滴指纹图峰谷位置的确定
5.4 波形分析法的程序设计
5.5 “波形分析法”提取液滴指纹图的特征参数
5.5.1 典型样品的波形参数比较分析
5.5.2 以波形参数构建液滴指纹图的特征向量
5.6 本章小结
第六章 基于相关比较的液滴指纹图的特征提取
6.1 相关系数的定义
6.2 相关比较法的程序设计
6.3 样品的相关系数比较分析
6.3.1 光纤信号的相关系数
6.3.2 电容信号的相关系数
6.4 “相关比较法”提取液滴指纹图的特征参数
6.4.1 “串联法”构建液滴指纹图的特征向量
6.4.2 “并联法”构建液滴指纹图的特征向量
6.5 本章小结
第七章 基于数据压缩技术的液滴指纹图的特征提取
7.1 信号空间和正交变换简介
7.2 “KL 变换法”提取光纤信号的特征参数
7.2.1 主成分分析的原理
7.2.2 主成分分析的特点
7.2.3 光纤信号的主成分分析（KL 变换）
7.2.4 以光纤信号的主成分构建特征向量
7.3 “DCT 变换法”提取光纤信号的特征参数
7.3.1 离散余弦变换（DCT）
7.3.2 离散正弦变换（DST）
7.3.3 正弦变换家族
7.3.4 光纤信号的DCT 变换及信号重建
7.3.5 光纤信号的DST 变换及信号重建
7.3.6 以光纤信号的DCT 变换系数构建特征向量
7.4 信号变换的程序设计
7.5 “线性回归法”提取电容信号的特征参数
7.5.1 最小二乘法一元线性回归
7.5.2 回归直线方程的显著性检验
7.5.3 以电容信号的线性回归参数构建特征向量
7.6 本章小结
第八章 基于多项式回归的液滴指纹图的特征提取
8.1 多项式回归
8.1.1 回归分析概述
8.1.2 最小二乘法多项式回归
8.1.3 多项式回归中的标准化处理
8.2 “多项式回归法”提取液滴指纹图的特征参数
8.2.1 构建特征向量的方法
8.2.2 康师傅纯净水的多项式回归分析
8.2.3 北京二锅头白酒的多项式回归分析
8.2.4 以10 阶多项式回归系数构建液滴指纹图的特征向量
8.3 多项式回归法的程序设计
8.4 本章小结
第九章 液滴指纹图特征参数的分辨灵敏度
9.1 分辨灵敏度的定义和计算方法
9.2 分辨灵敏度计算时的参数设置
9.2.1 随机曲线数目num 的确定
9.2.2 液滴指纹图变化的相对误差的标准差σ的确定
9.3 平均灵敏度和综合灵敏度
9.4 各特征提取方法的灵敏度计算分析
9.4.1 波形分析法的灵敏度
9.4.2 相关比较法的灵敏度
9.4.3 数据压缩法的灵敏度
9.4.4 多项式回归法的灵敏度
9.5 本章小结
第十章 液滴指纹图用于液体真伪识别的方法
10.1 模式识别概述
10.1.1 模式识别的定义和主要方法
10.1.2 距离函数
10.1.3 液体模式识别的问题
10.2 液体判定的方法
10.3 基于液滴指纹图图形的识别方法
10.3.1 原理和判定依据
10.3.2 阈值和判定条件
10.3.3 判定区域
10.4 基于液滴指纹图特征向量的识别方法
10.4.1 原理和判定依据
10.4.2 阈值、判定条件和判定区域
10.5 基于液滴指纹图特征值的识别方法
10.5.1 原理和判定依据
10.5.2 阈值和判定条件
10.5.3 基于多个特征值的综合识别
10.6 液滴指纹图的分散性实验及阈值的建立
10.6.1 实验方法
10.6.2 测量不确定度实验
10.6.2.1 实验结果曲线
10.6.2.2 信号的误差
10.6.2.3 液滴指纹图曲线的分散性
10.6.2.4 液滴指纹图特征向量的分散性
10.6.2.5 液滴指纹图特征值的分散性
10.6.3 不同参考液体的阈值的建立
10.7 本章小结
第十一章 液体识别的实例分析
11.1 识别方法的有效性检验
11.1.1 研究目的和研究方法
11.1.2 实验结果
11.1.3 讨论分析
11.2 液体的真伪识别
11.2.1 研究方法
11.2.2 实例分析1——七喜汽水与雪碧
11.2.3 实例分析2——乐百氏纯净水与康师傅纯净水、娃哈哈纯净水
11.2.4 实例分析3——自来水与康师傅纯净水、娃哈哈纯净水
11.2.5 实例分析4——家乐酱油与特思特酱油
11.2.6 实例分析5——五粮液白酒与北京二锅头白酒
11.2.7 实例分析6——掺水的北京二锅头白酒
11.2.8 总结分析
11.3 本章小结
第十二章 总结与展望
12.1 全文总结
12.2 本论文的创新之处
12.3 液滴分析技术的展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和完成的科研项目
附录1 实验样品资料
附录2 波形分析法提取液滴指纹图的特征参数
附录3 相关比较法提取液滴指纹图的特征参数
附录4 KL变换法提取液滴指纹图光纤信号的特征参数
附录5 DCT变换法提取液滴指纹图光纤信号的特征参数
附录6 线性回归法提取液滴指纹图电容信号的特征参数
附录7 多项式回归法提取液滴指纹图的特征参数
附录8 “康师傅纯净水”的分散性实验数据
附录9 参考液体的判定阈值
附录10 已知液体数据库的识别检验
附录11 液体的真伪识别实验数据
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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