信息融合估计理论及其在水分快速测定中的应用

论文摘要

物质的水分含量是决定其物理、化学和生物特性的重要因素,水分快速、准确测定具有重要意义。烘干失重法是众多行业采用的水分检测标准方法,这种方法测量准确,但耗电费时。如何提高测量速度一直是水分检测技术的热门研究内容和急待解决的难题。本文从提高干燥效率、加快被测样品失水速度和信息融合预估两方面入手,为烘干失重法的快速实现探索了可行、有效的途径。提出了一种基于信息融合预估、将微波干燥器和电子天平有机结合的新型水分快速测定仪,给出了仪器构成与工作原理; 阐述了微波干燥失水机理,提出并建立了结合试样干燥过程的PWM微波干燥功率自动控制方法; 在大量实验统计基础上,确定了微波干燥过程试样失水曲线的基本形式,提出并建立了基于非线性多元回归的具有阈值约束的烘干失重法水分测定信息融合预估模型,仿真与实验证明了信息融合预估模型的有效性与准确性。利用本文建立的信息融合预估方法,可在保证高精度测量的前提下,使烘干失重法的测量时间从1～4小时缩短到10分钟左右。利用信息融合预估理论,可解决传统烘干失重法水分检测测量时间长、耗电量大等问题,可大大提高测量效率,具有广阔的应用前景。论文分为5部分: 第1章简要介绍了信息融合技术的发展与应用,阐述了水分检测的意义与现有水分检测方法,指出了烘干失重法急待解决的技术关键,论述了利用信息融合技术解决烘干失重法测量时间长、耗能大的可行性,介绍了本文的主要研究内容与创新。第2章介绍了基于信息融合预估理论的新型水分快速测定仪的构成与工作原理,详细介绍了微波的干燥机理,为解决微波干燥中容易出现的试样炭化、爆裂等问题,针对性地提出了一种结合试样干燥过程的PWM微波干燥功率自动控制方法。第3章根据大量实验统计确定的微波干燥过程试样失水曲线的基本形式,提出并建立了基于非线性多元回归的具有阈值约束的烘干失重法水分测定信息融合预估模型,详细介绍了预估模型的确定方法和基于Levenberg-Marquardt非线性多元回归的模型参数确定方法,论述了信息融合阈值的意义及其在水分测定融合预估算法过程种的作用。这种信息融合方法不需要被测对象的先验知识,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 信息融合技术的发展与应用
• 1.2 水分检测及其重要意义
• 1.2.1 物质中的水分
• 1.2.2 水分对物质的影响
• 1.2.3 水分检测的意义
• 1.2.4 现有水分检测方法
• 1.2.4.1 间接测量
• 1.2.4.2 烘干失重法
• 1.3 水分检测的技术难点与解决方法
• 1.4 本文主要工作与创新
• 1.4.1 本文的主要工作
• 1.4.2 本文的创新
• 第2章 基于信息融合预估理论的水分测定仪构成
• 2.1 仪器原理框图
• 2.2 微波干燥系统
• 2.2.1 微波技术的发展过程
• 2.2.2 微波干燥机理及其特点
• 2.2.3 仪器的微波干燥系统
• 2.2.3.1 微波的发生与传输
• 2.2.3.2 漏能抑制
• 2.2.4 应用装置
• 2.3 质量称量原理
• 2.4 信息处理系统
• 2.4.1 TMS320LF2407A 简介
• 2.4.1.1 TMS320LF2407A 的存储器分配
• 2.4.1.2 TMS320LF2407A 的中断系统
• 2.4.1.3 PWM 波形产生
• 2.4.2 DSP 系统构成与工作原理
• 2.4.2.1 A/D 转换电路设计
• 2.4.2.2 显示接口电路
• 2.4.3 结合干燥过程的微波功率自动控制方法
• 2.4.3.1 微波干燥失水过程
• 2.4.3.2 微波干燥功率控制
• 2.4.3.3 拐点 K 确定
• 2.4.3.4 结合干燥过程的PWM 微波功率控制实现
• 2.5 仪器功能设计
• 第3章 水分测定信息融合预估理论
• 3.1 失水过程的稳定性与水分检测预估的可行性分析
• 3.1.1 烘干失水曲线的实验研究
• 3.1.2 烘干失水理想曲线
• 3.2 预估模型的选取
• 3.3 非线性回归分析方法
• 3.2.1 最速下降法
• 3.2.2 牛顿法
• 3.2.3 Levenberg-Marquardt 法
• 3.3 Levenberg-Marquardt 法的拟合过程
• 3.4 预估模型的拟合过程
• 3.4.1 参数求解
• 3.4.2 初始值的设定
• 3.5 拟合起点和终点自动识别
• 第4章 水分测定信息融合预估算法的仿真验证
• 4.1 水分测定信息融合预估理论仿真验证
• 4.1.1 允许误差确定
• 4.1.2 融合阈值
• 4.2 水分测定信息融合预估理论实验验证
• 4.2.1 实验设备
• 4.2.2 实验结果
• 4.3 融合阈值与误差控制
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录B（MATLAB 绘图源程序）
• 附录C（Levenberg-Marquardt 法的 Matlab 仿真程序）
• 附录D（拟合过程的 Matlab 仿真程序）