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《广西科技大学》 2014年
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基于子空间重合判断和角度度量的混纺纤维分析

梁梅  
【摘要】:纺织纤维的定性和定量研究一直是纺织业的热点,常规检测纤维的方法一般有显微镜观察法、燃烧法、溶解法等,而这些常规方法具有一些明显的缺陷,如分析速度慢,样品会受到破坏,还会对环境产生污染等。因此研究者们试图寻找一种新的方法对纺织纤维进行分析,光谱法能够有效的克服这类缺陷,因而日益受到业内的关注。目前,常用的光谱法对纺织纤维的定性分析需要依据模式识别方法,对纺织纤维定量分析则需要通过光谱强度与纤维组分含量建立定量模型,然而由于实验环境的影响使得光谱测量的强度不稳定,甚至还出现峰重叠和偏移的现象,使对纤维光谱建立的分析模型不准确,达不到纺织纤维定性和定量的要求。 本文采用近红外光谱分析技术与化学计量学相结合的方法分析纺织纤维,通过获取纺织纤维的近红外光谱数据,运用子空间重合判断的算法对纺织纤维进行定性分析,并运用角度度量的算法对纺织纤维进行定量,从而实现了混纺纤维的快速准确分析。本研究的具体内容包括: (1)光谱定性分析方法和光谱定量分析方法的介绍。主要介绍了子空间重合判断法和角度度量法的原理、方法以及计算步骤。 (2)子空间重合法与角度度量法分析纤维的可行性研究。在空间中,每种纤维的纯光谱为一个向量,理想条件下同一种纤维向量夹角为零,不同纤维向量夹角不为零。通过构建纤维标准库,计算11种纤维分别与标准库A和标准库B的夹角,验证子空间法对纺织纤维的定性鉴别具有可行性;以棉/涤混纺为例,通过棉/涤混纺纤维光谱与棉、涤纯组分的近红外光谱之间的角度值来对棉、涤含量进行半定量分析,以角度值作为组分含量的度量指标,验证了角度度量法对纤维定量具有可行性。 (3)将近红外光谱分析法与子空间重合判断法结合,建立了混纺纤维的定性分析方法。通过近红外光谱仪对纯纤维样品库和待测混纺纤维样本进行扫描,构建包含被测组分在内的纯纤维光谱数据库和待测样本光谱数据库,利用子空间重合判断的方法分析待测样本中所含的纤维成分。结果表明:该方法分析结果准确,分析速度快,且不会损坏样本。 (4)通过测定维纶/腈纶二组分混纺体系及维纶和腈纶的近红外光谱,构建校正集和预测集,采用传统偏最小二乘法(PLS)和角度度量法建立校正模型,通过建立好的校正模型对预测集样本中维纶和腈纶含量进行预测。实验显示:使用传统PLS建立的模型中,维纶和腈纶预测值与实际值的线性相关系数r均为0.9457,标准偏差为6.0906,均方根误差为6.9948。使用角度度量法建立的模型中,维纶预测值与实际值的线性相关系数r为0.9990,标准偏差为0.8929,均方根误差为2.1896;腈纶预测值与实际值的线性相关系数r为0.9928,标准偏差为2.1896,均方根误差为3.9493。结果表明:在对二组分混纺体系进行定量时,角度度量法计算结果优于传统PLS法的计算结果,能完成混纺纤维中各组分含量的测定。 (5)通过测定棉/涤/粘胶三组分混纺体系以及棉、涤纶、粘胶各纯纤维的近红外多波长光谱,构建校正集和预测集,分别采用传统偏最小二乘法(PLS)和角度度量法建立对棉、涤纶、粘胶建立的校正模型,通过建立好的校正模型对预测集样本中棉、涤纶、粘胶含量进行预测。实验显示:对棉/涤/粘胶三组分混纺体系进行定量时,传统的PLS法预测结果的相对误差较大,甚至有的样本预测绝对误差达到7%以上,难以达到测试要求,而角度度量法预测结果较好,绝对误差最大不超过3.3%。传统的PLS法对棉、涤纶、粘胶进行预测所得线性相关系数r分别为0.9253、0.9139、0.9223;而角度度量法不受测量强度不稳定等因素的影响,所建模型预测集中棉、涤纶、粘胶三组分的线性相关系数r分别为0.9965、0.9739、0.9880。且角度度量法预测的标准偏差和均方根误差也明显小于PLS法。结果表明:在对三组分混纺体系进行定量时,角度度量法优于PLS法的计算结果,能完成混纺纤维中各组分含量的测定。
【学位授予单位】:广西科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O657.33;TS107

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