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融合特征空间注意力的卷积神经网络用于酒石酸近红外在线检测
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作者 李志豪 肖金凤 +5 位作者 张洪明 吕波 尹相辉 李晓星 赵明 马飞 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第12期3358-3365,共8页
酒石酸作为一种重要的有机酸,广泛存在于葡萄酒、果汁、碳酸饮料及部分糖果等食品中,其浓度直接影响产品的酸甜平衡、口感稳定性。在相关食品生产过程中,酒石酸浓度会因原料差异及配方调整而波动,因此建立能够实时在线监测酒石酸浓度的... 酒石酸作为一种重要的有机酸,广泛存在于葡萄酒、果汁、碳酸饮料及部分糖果等食品中,其浓度直接影响产品的酸甜平衡、口感稳定性。在相关食品生产过程中,酒石酸浓度会因原料差异及配方调整而波动,因此建立能够实时在线监测酒石酸浓度的方法对保障产品质量与生产一致性至关重要。然而,现有检测方法(如滴定法、HPLC)存在响应迟滞问题,难以实现实时在线监测。鉴于工业生产过程的多变量、非线性和动态特性,建立精确的浓度预测模型对方法学提出了更高要求。为此,融合一维卷积神经网络(1D-CNN)与特征空间注意力机制(FSA),构建CNN-FSA混合模型,采集近红外光谱以驱动酒石酸溶液浓度检测实验,探索模型在提升检测速度与鲁棒性方面的潜力,为溶液化学过程的浓度实时在线监测提供创新参考方法。光谱数据先经主成分分析(PCA)结合马氏距离剔除异常,采用标准正态变量变换(SNV)以消除散射与基线漂移,再使用提出的CNN-FSA模型和PLSR模型对数据集进行训练和评估。模型性能通过决定系数(R 2)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)进行综合评估。设计了六轮实验,每轮实验初始底料为500 g(水、酒精、葡萄糖、苹果酸,柠檬酸)混合液体,补料为500 g(475 g水+25 g酒石酸)。前四轮实验数据按7∶3比例随机划分为训练集和测试集,后两轮实验数据作为独立预测集以严格评估模型泛化能力。在独立预测集上,CNN-FSA模型取得了优异的性能:R 2=0.9896,RMSE=0.000702,MAE=0.000580。相比之下,PLSR模型的性能为:R 2=0.9688,RMSE=0.001214,MAE=0.001059。相较于PLSR,CNN-FSA在独立预测集上的RMSE显著降低了42.17%,MAE降低了45.23%。结果表明:CNN-FSA在酒石酸浓度预测建模中显著优于PLSR,在预测集上展现出更强泛化性与稳健性。 展开更多
关键词 近红外光谱 PLSR 卷积神经网络 酒石酸 在线检测
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正态分布筛选法提高近红外光谱稳定性研究
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作者 李晓星 肖金凤 +10 位作者 张洪明 吕波 尹相辉 赵明 马飞 符佳 胡艳 李志豪 王福地 沈永才 戴舒宇 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第6期1566-1577,共12页
在发酵过程的近红外在线检测中,由于发酵液中需要持续通入氧气来促进微生物的生长和代谢活动,常会在发酵液中产生气泡。发酵液中的气泡经过探头前方时,会对近红外光谱的强度产生较大干扰。为了剔除发酵液近红外在线检测过程中采集到的... 在发酵过程的近红外在线检测中,由于发酵液中需要持续通入氧气来促进微生物的生长和代谢活动,常会在发酵液中产生气泡。发酵液中的气泡经过探头前方时,会对近红外光谱的强度产生较大干扰。为了剔除发酵液近红外在线检测过程中采集到的气泡引起的异常光谱,减少光谱波动,提出了一种正态分布筛选方法。制备了600 g质量分数为10%的葡萄糖溶液,每隔30 s加2 g葡萄糖溶液至盛有600 mL蒸馏水的反应釜中,搅拌均匀,然后计算和记录反应釜内葡萄糖溶液的质量分数,并在反应釜底部通入氧气产生气泡,利用近红外光谱仪采集反应釜内葡萄糖溶液的近红外光谱。分别采用主成分分析(principal component analysis,PCA)结合马氏距离法,欧氏距离法,孤立森林,正态分布筛选法对受到气泡影响的异常光谱剔除后,将光谱样本集按照4∶1的比例随机划分为校正集和预测集,随后经过光谱预处理,利用偏最小二乘法(partial least squares,PLS)对校正集建立葡萄糖溶液浓度预测模型,并用建立的PLS模型对预测集进行预测。通过校正集相关系数,校正集均方根误差,以及预测集的相关系数和均方根误差进行对比分析。采用四种方法剔除受到气泡影响的异常光谱后,所建模型结果如下,PCA结合马氏距离法剔除异常光谱后得到的校正集相关系数R^(2)_(c)为0.998208,均方根误差RMSECV为0.000764,预测集相关系数R^(2)_(p)为0.997994,均方根误差RMSEP为0.000764;欧式距离法剔除异常光谱后得到的校正集R^(2)_(c)为0.998628,均方根误差RMSECV为0.000652,预测集相关系数R^(2)_(p)为0.998628,均方根误差RMSEP为0.000655;孤立森林剔除异常光谱后得到的校正集R^(2)_(c)为0.998255,RMSECV为0.000739,预测集R^(2)_(p)为0.998132,RMSEP为0.000740;正态分布筛选方法剔除异常光谱后得到的校正集R^(2)_(c)为0.998641,均方根误差RMSECV为0.000645,预测集R^(2)_(p)为0.998628,RMSEP为0.000636。结果表明:对比四种方法,采用正态分布筛选方法能有效减少光谱强度的波动,剔除异常光谱较其他方法效果更佳。 展开更多
关键词 近红外光谱 异常光谱剔除 马氏距离 正态分布筛选法
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考虑梭口因素的积极式凸轮开口设计
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作者 邱海飞 张一凡 +2 位作者 吕博 陈显栋 李非杨 《毛纺科技》 CAS 北大核心 2024年第9期90-96,共7页
为协调复杂机织物对不同梭口的适应性,将共轭凸轮、平面杆组与织机开口系统的设计开发相结合,形成了一种适用于半开梭口织造的积极式凸轮开口构型。利用MatLab开发具有非对称静止时长的摆臂运动规律,有效延长下层经纱的静停时间;在机构... 为协调复杂机织物对不同梭口的适应性,将共轭凸轮、平面杆组与织机开口系统的设计开发相结合,形成了一种适用于半开梭口织造的积极式凸轮开口构型。利用MatLab开发具有非对称静止时长的摆臂运动规律,有效延长下层经纱的静停时间;在机构设计、梭口分析和程序编译基础上,实现极坐标条件下的主凸轮理论廓线精确反求与压力角校核;通过路径跟踪仿真生成副凸轮理论廓线,构建基于ADAMS/View的共轭凸轮开口数字功能样机。研究结果表明:主、副凸轮与滚子之间具有良好的几何封闭接触,凸轮实际轮廓曲线达到理想共轭精度;综框运动规律与摆臂从动件高度匹配,可满足半开梭口对于下层经纱的长停要求。该设计对高速织机的梭口创新和形式改造具有重要借鉴。 展开更多
关键词 综框 共轭凸轮 半开梭口 理论廓线 共轭精度 经纱
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基于STM32单片机的在线恒温光谱分析系统研制与测试 被引量:16
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作者 黄超 赵宇红 +5 位作者 张洪明 吕波 尹相辉 沈永才 符佳 李建康 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2734-2739,共6页
近红外波段(NIR,波长范围:780~2500 nm)在线光谱分析技术具有小型化、快速检测、结果稳定可靠等优点,在工业现场检测领域有着广泛的应用。由于近红外光谱分析系统受温度影响较大,传统的光栅分光在线光谱分析系统所采用的光谱仪通常仅对... 近红外波段(NIR,波长范围:780~2500 nm)在线光谱分析技术具有小型化、快速检测、结果稳定可靠等优点,在工业现场检测领域有着广泛的应用。由于近红外光谱分析系统受温度影响较大,传统的光栅分光在线光谱分析系统所采用的光谱仪通常仅对探测器制冷,光路部分仍然会受到温度影响产生波长漂移等测量误差。此外,系统也多采用PC计算机来进行数据采集和控制,并通过配备独立的工业通讯模块实现光谱分析系统与产线总控系统的通讯,不仅增加了设备成本与体积,也显著降低了系统的稳定性。针对这些问题,基于STM32单片机开展了在线恒温光谱分析系统研制与测试。系统采用STM32单片机来控制近红外光谱仪,通过设定和修改采集间隔时间并采集光谱数据,对光谱数据进行预处理,来计算得到目标样品的理化指标。对于温度控制,开发了在STM32单片机上运行的基于比例-积分-微分(PID)控制算法的恒温控制系统,对光谱仪整体(包含光路和电路部分)实现了闭环恒温控制。同时,开发了基于STM32单片机的工业通讯接口(包含Modbus协议通讯和4~20 mA电流信号通讯)。系统实验测试结果表明,该设计能够长时间稳定运行,并有效降低了环境温度变化对光谱数据带来的干扰。在长达48小时的系统运行过程中,光谱仪温度稳定控制在5℃左右,温控精度优于0.25℃。相对于未恒温控制的运行模式,恒温控制条件下的平均吸收光谱强度相对标准差显著减小,并实现了数据采集、预处理、样品理化指标计算、工业信号通讯及温度控制的一体化设计,以满足工业现场在线检测需求。 展开更多
关键词 在线光谱分析系 STM32单片机 比例-积分-微分控制 数据采集控制
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电容式MEMS压力传感器的稳健设计研究 被引量:2
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作者 吕博 谭晓兰 刘胜强 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第12期56-58,共3页
通过对电容式微机电系统(MEMS)压力传感器的结构和工作原理的分析,建立了基于随机模型的稳健设计数学模型,并且编写相应的算法程序,对稳健设计模型进行求解。结果表明:稳健设计方法不仅可以保证传感器具有较高的灵敏度,还能保证设计解... 通过对电容式微机电系统(MEMS)压力传感器的结构和工作原理的分析,建立了基于随机模型的稳健设计数学模型,并且编写相应的算法程序,对稳健设计模型进行求解。结果表明:稳健设计方法不仅可以保证传感器具有较高的灵敏度,还能保证设计解的稳健性。 展开更多
关键词 压力传感器 稳健设计 随机模型 灵敏度
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非粮原料柠檬酸发酵研究现状 被引量:1
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作者 尹进宝 吴晶 +4 位作者 谭琳 张翔旭 吕博 任卫桐 薛雨源 《生物加工过程》 CAS 2024年第3期251-262,共12页
柠檬酸是微生物发酵法生产的重要有机酸,被广泛应用于食品、化工、医药等领域。中国是全球最大的柠檬酸生产国,主要以玉米和薯干为原料利用黑曲霉深层发酵生产柠檬酸。然而,以粮食为原料不利于粮食安全。发展非粮原料生产柠檬酸是解决... 柠檬酸是微生物发酵法生产的重要有机酸,被广泛应用于食品、化工、医药等领域。中国是全球最大的柠檬酸生产国,主要以玉米和薯干为原料利用黑曲霉深层发酵生产柠檬酸。然而,以粮食为原料不利于粮食安全。发展非粮原料生产柠檬酸是解决这一问题的有效途径,本文综述了近年来非粮淀粉、甘油、木质纤维素类和正构烷烃等非粮原料柠檬酸发酵研究现状,对目前存在的问题以及今后发展进行了讨论,以期为非粮原料柠檬酸发酵的发展提供依据。 展开更多
关键词 柠檬酸 非粮原料 黑曲霉 解脂耶氏酵母 生物制造
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4种氨基酸不同浓度浸种对小白菜生长及生理特性的影响
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作者 肖思赟 吕波 +1 位作者 鲁克嵩 姜存仓 《肥料与健康》 2024年第6期127-133,共7页
以小白菜为供试作物,不加氨基酸为对照(CK)处理,通过甘氨酸(Gly)、脯氨酸(Pro)、组氨酸(His)和甲硫氨酸(Met)等4种氨基酸在低、中、高(5、10、20 mmol/L)等3个浓度水平的浸种试验,考察了对小白菜生长及生理特性的影响。结果表明:适宜浓... 以小白菜为供试作物,不加氨基酸为对照(CK)处理,通过甘氨酸(Gly)、脯氨酸(Pro)、组氨酸(His)和甲硫氨酸(Met)等4种氨基酸在低、中、高(5、10、20 mmol/L)等3个浓度水平的浸种试验,考察了对小白菜生长及生理特性的影响。结果表明:适宜浓度的氨基酸对小白菜的生长和生理特性有一定的促进作用,除Met处理外,Pro、His和Gly处理以中浓度对小白菜总鲜质量的促进效果较好,与CK处理相比,分别提高6.2%、3.1%和15.6%,同时增强了超氧化物歧化酶(SOD)的活性,促进可溶性蛋白含量显著升高;高浓度氨基酸对小白菜生长均有所抑制,Pro、Gly、His和Met处理的小白菜总鲜质量比CK处理的分别减少15.6%、6.2%、15.6%和18.8%,同时导致过氧化氢酶(CAT)活性降低、丙二醛(MDA)含量升高。不同氨基酸对小白菜生长的影响存在差异,高浓度的Pro、Gly处理和低浓度的His、Met处理均可提高小白菜发芽率。Met处理对小白菜生长具有一定的抑制作用,不同浓度处理的小白菜总鲜质量均低于CK处理的。Gly处理的小白菜中可溶性蛋白含量、SOD活性及生物量较优,其综合效果应优于其他氨基酸的。 展开更多
关键词 氨基酸 浸种 生理特性 小白菜 生长
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Micromechanics behavior of fatigue cracks in Hadfield steel railway crossing 被引量:1
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作者 FENG XiaoYong ZHANG FuCheng +1 位作者 ZHENG Chunlei l bo 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2013年第5期1151-1154,共4页
In order to predict the mechanism of the formation and propagation of rolling contact fatigue cracks in Hadfield steel railway crossings(HSRC),the residual strain,microstructure,crystal orientation,and microhardness s... In order to predict the mechanism of the formation and propagation of rolling contact fatigue cracks in Hadfield steel railway crossings(HSRC),the residual strain,microstructure,crystal orientation,and microhardness surrounding fatigue cracks were investigated.Results show that the formation and propagation of fatigue cracks in HSRC have no correlation with the crystal orientation and boundaries of grains.The hardness and residual strain in the field around the fatigue crack are lower than those in other regions.The compressive strain around the fatigue crack is released after crack propagates,which reduces the hardness around the fatigue crack.Deformation twins and dislocations play a key role in the work hardening of HSRC. 展开更多
关键词 hadfield steel EBSD residual strain work hardening fatigue cracks
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