石油产品特性的近红外测量技术研究

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1、摘要近红外光谱技术是现代分析技术中最为重要和应用最广的手段之一。当代工业、环境、农业等行业中，对于高性价比的便携式近红外光谱仪的需求日益增加。本文在对近红外光谱技术现状和发展趋势进行分析的基础上，设计和开发了基于LED和滤光片的近红外光谱仪样机系统，其特点是：便携式、低成本、低功耗和较高的测量精度。首先，按照近红外光谱分析系统所确立的特点目标：“便携式、低成本、低功耗和较高的测量精度”，进行了光、机、电一体化的系统功能概要设计，包括：总体技术路线和关键技术的确定；基于石油产品性质测量的背景要求，进行近红外滤光片的数目和波长的选择：以总目标和技术路线为基础，完成了光路和电路

2、系统的方案设计。其次，根据方案设计完成了近红外光谱仪样机系统的硬件和软件系统开发，包括：主要元器件选型、锁相放大技术电路硬件子系统、环境和样品池温度传感器硬件子系统等、单片机监控软件系统、实验研究数据采集与人机界面系统等。第三，建立了有关乙醇预测的多元线性回归校正模型和偏最小二乘校正模型、开发了校正模型的软件模块。最后，对开发的近红外光谱分析系统进行了性能测试，包括：稳定性，重复性，信噪比；完成了与石油产品性质测量的背景要求密切相关的应用实验研究，包括：乙醇．水液体中乙醇含量的预测、乙醇．汽油液体中乙醇含量的预测。测试和实验研究结果表明，样机系统是可行的、可靠的和有效的，

3、达到了预期设计要求。本文还对样机系统测试和实验中存在的问题、产生的原因进行了初步分析，提出了相应的改进意见，为下一步研发工作提供了借鉴。关键字：近红外，滤光片，锁相放大，便携式光谱仪，石油性质，校正模型StudyofNIRMeasurementTechniqueforPetroleumPropertiesLiuPeng(ControlTheoryandControlEngineering)DirectedbyProf．XiaBokaiAbstractNearinfrared(NIR)spectroscopyanalyticaltechniqueisoneofthemost

4、importantandwidelyusedtechniqueforcomponentanalysis，andNIRspectrometeristhedevicetogettheNIRspectroscopy．Thedemandsforportable，compact，goodanalysisaccuracy,lowpowerdissipation,inexpensive，opermingeasily,insituoron-lineinfra—redinstrumentareincreasingnowadaysinindustry,environment,agricult

5、ureandotheraspectsofsociety．InthisthesisthedevelopmentsituationanddevelopmentWendofNIRspectroscopytechniqueareintroducedanddiscussed，aNIRprototypemachinebasedonLEDandopticalfiltersisdesignedanddevelopedwhichhasalotofadvantages，includingportable，lowcost，lowpowerdissipationandhiIghmeasureme

6、ntaccuracy．Accordingtodesignobject，suchasportable，lowcost，lowpowerdissipationandhighmeasurementaccuracyforNIRspectrumanalysissystem,thegeneralfunctiondesignforoptical，mechanicalandelectronicintegrationisgiven，includingdeterminationoftechnicalschemeandkeytechnique，selectionofthecentralwave

7、lengthandnumberofNIRfiltersaccordingtodemandsforpetroleumpropertymeasurment，designofopticalandcircuitbasedonthegeneralaimandtechnicalroute．Secondly,thehardwareandsoftwaredesignoftheNIRspectroscopyprototypemachineisfinished，includingprimaryelementsselection，lock—in—a