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正交试验设计在近红外光谱建模参数优化选择中的应用邢志娜;王菊香;刘洁;郭恒光【摘要】Orthogonal experimental design(OED)was applied to the optimization of selection of parameters for modeling in NIR spectroscopy by taking determination of moisture in amine fuel as example.The method of division of sample sets,proportion of the calibration set,pretreatment of spectra and selection of spectral band were taken as the factors in the OED.Calibration models were established separately,and standard prediction deviations (SEP)of the valication set obtained by the model were taken as the results of OED.Through analysis of the results of OED,optimum modeling parameters were determined,and optimal adjustments were made further around the most influential factor,in order to improve the steadiness of the prediction models and the accuracy of predicted results.%应用正交试验设计法,以测定胺类燃料中水分为实例进行近红外光谱(NIR)建模参数的优化选择.以样本集划分方法、校正集比例、光谱预处理方法和波段选择等作为因素进行正交设计,分别建立校正模型,以验证集的标准预测偏差(SEP)为正交试验结果.通过正交试验结果分析,确定最佳建模参数,并且围绕最大影响因素进行优化调整,使预测模型的稳健性和测量结果的准确性得到提高.【期刊名称】《理化检验-化学分册》【年(卷),期】2018(054)004【总页数】4页(P419-422)【关键词】正交试验设计;建模参数;优化选择;近红外光谱【作者】邢志娜;王菊香;刘洁;郭恒光【作者单位】海军航空大学岸防兵学院,烟台264001;海军航空大学岸防兵学院,烟台264001;海军航空大学岸防兵学院,烟台264001;海军航空大学岸防兵学院,烟台264001【正文语种】中文【中图分类】O657.33近红外光谱（NIR）技术是一种高效快速的现代分析技术，以其独特的优势在多个领域得到了日益广泛的应用，并已逐渐得到大众的接受和官方的认可［1］。
正交实验的原理应用正交实验（Orthogonal experiment）是一种通过在各个试验条件上进行全面系统且彼此独立的设计和排列试验，以获取最大化信息的试验方法。
该方法既能减少试验次数，又能得到准确的统计结果，被广泛应用于工程、科学、管理和医药等领域。
正交实验的原理是基于多因素多水平的统计方法。
试验中的多个因素是一个系统中的相互作用因素，通过对每个因素设计多个水平进行试验，可以得到不同水平下因素之间的关系。
而正交实验的排列设计能够使得每个因素的每个水平在试验中均匀分布，将不同的水平组合起来进行试验，从而减少冗余试验次数，提高实验效率。
1.产品设计：在产品设计中，正交实验能通过全面探索不同因素之间的相互关系，找到最优的设计方案。
通过对产品的多个参数进行多水平设计，可以确定最佳组合，从而提高产品的性能和质量，并降低成本。
2.工程管理：在工程管理中，正交实验可以帮助确定最佳的资源配置和进度安排。
通过考虑不同的因素如人员、设备、时间等的组合和配比，可以找到最优的方案，提高工程效率和质量。
3.制造过程优化：在制造过程中，正交实验可以辅助确定不同因素对产品质量的影响程度，以及最佳参数设置。
通过对尺寸、材料、工艺等多个因素进行正交实验，可以找到最佳的组合，确保产品的一致性和可靠性。
4.医药研发：在医药研发中，正交实验可以辅助确定不同因素对药物疗效的影响，并确定最佳的配方和用量。
通过对不同药物成分、剂型、剂量等因素进行正交实验，可以找到最佳的组合，提高药物的疗效和安全性。
5.营销策略：在市场营销中，正交实验可以辅助确定不同因素对市场反应的影响，以及最佳策略的制定。
通过对产品特性、价格、促销等因素进行正交实验，可以找到最佳的组合，提高市场份额和盈利能力。
总之，正交实验作为一种全面且高效的试验方法，可以应用到各个领域中。
通过对多个因素进行全面的探索和分析，可以帮助决策者找到最佳的方案和决策，提高工作效率和质量。
应用正交试验法优化设计参数
刘淄
【期刊名称】《机电元件》
【年(卷),期】1990(10)4
【摘要】正交试验法是利用数理统计学观点,应用正交性原理,从大量的试验中挑选适量的、具有代表性、典型性的试验,借助“正交表”来进行整体设计、综合比较统计分析,它可以从所有因素水平组合中,很快挑选出若干次必不可少的试验进行实验,然后再用统计分析方法对试验结果进行综合处理,求得各因素水平之最佳组合。
【总页数】2页(P9-10)
【作者】刘淄
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM564.603
【相关文献】
1.1500mm宽带高性能卷筒设计参数优化及应用 [J], 张媛;王明扬;魏颖颖;郭强
2.滴灌系统在边坡人工再造植被灌溉中的应用r及设计参数优化研究 [J], 石中勇
3.应用遗传算法对振动平板夯设计参数进行优化选择 [J], 段红杰;蒋玮
4.应用GA-DE组合算法的污泥输送管道设计参数优化 [J], 陆海;尹军;袁一星;林英姿;王建辉;刘伟
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正交试验设计的理论分析方法及应用一、本文概述正交试验设计是一种高效、系统的试验设计方法，广泛应用于工程、农业、医学等多个领域。
本文旨在深入探讨正交试验设计的理论分析方法及其应用。
我们将对正交试验设计的基本概念进行简要介绍，包括正交表、正交性等关键要素。
随后，本文将重点阐述正交试验设计的理论分析方法，包括试验设计原则、误差分析、方差分析等方面。
通过这些理论分析方法，我们可以有效地评估试验结果的可靠性和有效性。
在应用领域方面，本文将通过具体案例展示正交试验设计在多个领域的实际应用。
例如，在工程领域，正交试验设计可用于优化产品设计参数，提高产品质量；在农业领域，正交试验设计可用于研究作物生长条件，提高农作物产量；在医学领域，正交试验设计可用于药物筛选和临床试验，提高药物研发效率。
通过这些案例，我们将展示正交试验设计在实际问题中的独特优势和广泛应用价值。
本文还将对正交试验设计的未来发展进行展望，探讨其在新技术、新领域的应用前景。
通过本文的阐述，我们期望能够帮助读者更好地理解和应用正交试验设计，为推动相关领域的研究和实践提供有益的参考。
二、正交试验设计的基本原理与特点正交试验设计是一种高效、系统的试验设计方法，其核心原理在于通过正交表来安排试验，使得试验点分布均匀且具有代表性。
正交表是一种特殊类型的表格，其每一行代表一种试验条件组合，每一列则代表一个试验因素的不同水平。
通过正交表，研究者可以方便地选择出具有代表性的试验点，从而有效地减少试验次数，提高试验效率。
均衡分散性：正交表的设计保证了试验点在试验范围内分布均匀，每个试验点都具有代表性，从而能够全面反映试验因素与试验指标之间的关系。
整齐可比性：由于正交表的特殊结构，不同试验点之间具有良好的可比性。
这使得研究者可以方便地比较不同试验条件下的试验结果，从而得出准确的结论。
灵活性：正交试验设计可以根据实际需要进行调整和优化。
例如，当试验因素或水平发生变化时，可以通过调整正交表来适应新的试验需求。
正交试验优化拉力传感器参数刘露露【摘要】分析弹性体主要结构参数对传感器性能的影响,提出对矿用提升钢丝绳动态张力监测传感器弹性体部分进行优化方案,结合正交试验方法对弹性体结构进行优化设计,得到了弹性体的最优结构.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】3页(P76-77,81)【关键词】动态张力测试;弹性体;正交试验【作者】刘露露【作者单位】中国煤炭科工集团检测技术研究中心,上海201401【正文语种】中文【中图分类】TD326钢丝绳张力的实时监测对煤矿设备安全运行和人身安全至关重要[1]。
目前，钢丝绳张力检测方法有标记法、悬挂法、振波法、压轮—力电转换传感器法以及基于传感器测量的动态检测方法等[2-4]。
仅基于传感器测量的动态检测方法可以实现对提升钢丝绳张力的实时监测。
基于传感器测量的方法，国内还没有很成熟的研究成果，传感器设计是主要的技术关键。
对测力传感器弹性体进行合理的设计至关重要[5]。
测力传感器类型繁多，常见的有电阻式、电感式、电容式和压电式。
其中电感式和压电式测力传感器受环境的影响较大，抗干扰能力较弱，无法适应矿井恶劣的环境；电容式和压阻式测力传感器的量程较小。
应变式测力传感器具有结构简单、量程大、抗干扰能力强等优点。
本文选用应变式测力传感器，其弹性体部分由轮箍、轮辐和轮毂组成，在SolidWorks中建模，如图1所示。
2.1 试验指标和因素的选取传感器有很多性能指标，其中固有频率和灵敏度最为重要。
灵敏度与固有频率是一对矛盾因素。
当灵敏度增加时，固有频率会急剧下降；当固有频率升高时，灵敏度会降低。
为了使传感器的性能最佳，本文选取一项综合性能参数W=S·K作为试验指标，W值越高说明其综合性能越好。
轮辐的长度、轮辐截面的宽度和轮辐截面的高度都会影响轮辐梁的变形，进而影响其灵敏度和固有频率，故选作设计因素。
2.2 轴向灵敏度分析根据设计需要，传感器弹性体主要承受轴向力，故在此只考虑轴向灵敏度。
基于正交试验方法的流动成像测井传感器优化设计王晓星;吴锡令;王滨涛【摘要】以电磁流动成像测井传感器的数值模拟为基础,在已有的正演仿真平台上,采用正交试验方法对传感器进行优化设计.根据对试验结果的统计分析和方差分析,得到传感器几何和材料参数对目标函数即全水/全油电压值变化的影响程度依次为管壁厚度>管壁介电常数>电极径向插入深度>电极张角,按优化后参数组合计算,在置信度为95%的情况下性能参数指标可达到原来的3.6301～5.8741倍.结果表明,正交试验方法可以有效地解决电磁流动成像测井传感器优化设计问题.【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(034)002【总页数】4页(P52-55)【关键词】流动成像测井;优化设计;正交试验;方差分析【作者】王晓星;吴锡令;王滨涛【作者单位】中国石油大学,资源与信息学院,北京,102249;中国石油大学,资源与信息学院,北京,102249;中国石油大学,资源与信息学院,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】TP212.1流体电磁层析成像技术是一种根据流体电磁性质差异重建流动图像的非线性测量方法,已在部分工业领域得到了成功应用[1]。
吴锡令等[2-3]针对油井多相流动的特殊情况将地面流体电磁层析成像技术推广到石油测井领域,根据油气水导电和介电性质差异,提出了电磁流动成像测井 (flow electromagnetic tomography,简记为FEMT)方法,为解决多相流测量问题提供了新途径。
其中,传感器的优化设计是该技术的主要难点之一,鲜有文献报道。
笔者在已有的正演仿真平台上,从结构参数对测量性能的影响出发,用计算机数值模拟代替物理模型实验进行研究,将正交试验方法作为有利工具和分析手段,寻求传感器优化设计的有效方法。
FEMT传感器电极阵列结构剖面及测量模式如图 1所示。
16个等间距排列电极组成测量电极环,为减小导电钢质套管对测量信号的影响,电极阵列安装在绝缘衬套上,测量时依次选择 1～16号电极作为发射电极,供给激励信号,左右电极分别馈以相同信号,以起到聚焦作用,然后依次切换其余电极作为测量电极,左右电极需接地。
在L9正交试验数据处理中的应用摘要：本文主要介绍L9正交试验及其数据处理方法，阐述试验设计、数据分析和结果解读等方面的内容，并通过实际应用案例说明该技术在试验优化、生产工艺改进等领域的重要作用。
正交试验是一种常见的试验设计方法，主要用于研究多因素、多水平之间的关系。
L9正交试验是其中的一种，适用于3个或3个以上因素的研究。
通过合理地选择因素和水平，并采用专门的表格记录和分析数据，可以有效地寻找最优方案或提取关键影响因素。
L9正交试验设计通常采用L9表进行，该表包含了全部可能的组合，可以研究3个或3个以上因素。
设计时，需确定因素和水平，并根据专业知识和实际需求选择适合的表头和列组合。
在L9正交试验中，数据处理是关键环节。
通过数据分析，可以提取各因素下的最优水平组合，以及因素之间的相互作用关系。
通常采用极差分析法、方差分析法和回归分析法进行处理。
极差分析法是通过比较各因素在不同水平下的指标变化范围，得出各因素的优水平和最优组合。
方差分析法则通过分析各因素对指标的影响程度，评估因素之间的交互作用。
回归分析法则是建立指标与各因素之间的数学模型，预测不同组合下的指标值。
某制造企业为了优化生产工艺，提高产品质量，采用了L9正交试验及其数据处理方法。
通过对生产过程中的多个因素进行研究，最终找到了关键影响因素和最优水平组合，并成功地改进了生产工艺，提高了产品质量和生产效率。
L9正交试验及其数据处理方法是一种有效的试验设计和分析工具，可以帮助企业优化生产工艺、提高产品质量和生产效率。
通过合理地选择因素和水平，以及采用专门的表格记录和分析数据，可以有效地寻找最优方案或提取关键影响因素在实际应用中，L9正交试验数据处理的应用广泛，不仅限于生产工艺优化和产品质量提升等领域。
例如，在医药研究中，可以利用正交试验设计筛选出最佳的药物配方；在农业领域，可以用于寻找最佳的种植方案，提高农作物产量和质量。
因此，L9正交试验数据处理方法具有广泛的应用前景。
利用正交试验的电容传感器仿真及优化设计王小鑫;闫洁冰;胡红利;高享想;张肖【摘要】针对电容传感器存在检测场灵敏度分布不均匀及其测量灵敏度低的问题,提出一种基于有限元分析与正交试验设计相结合的方法,分别对二电极、四电极及八电极的电容传感器结构进行优化设计,并对试验结果进行方差分析.通过比较分析各参数对不同电极电容传感器的影响规律,得出同时满足电容传感器检测场灵敏度分布的均匀性和测量灵敏度的最优组合方案.仿真试验表明,随着电极数的增加,检测场区域的灵敏度分布越来越不均匀,电容传感器的测量灵敏度越来越高.通过对优化设计结果进行静态测试试验,得出二电极、四电极、八电极传感器试验数据的方差分别为0.054 9、0.061 3、0.096 3,即灵敏度分布越来越不均匀,同时随着电极数的增加,灵敏度增大.试验结果与仿真计算结果具有较高的一致性,表明此方法所得出的优化结果具有合理性和正确性.%Focusing on the poor sensing field sensitivity uniformity and low measuring sensitivity of the capacitance sensor, an approach combining finite element analysis with orthogonal experiment is proposed. In this work, 2-electrode, 4-electrode and 8-electrode capacitance sensors are optimally designed, and variance analysis is carried out for the test results. The optimum combination schemes, which satisfy the sensing field sensitivity uniformity and measuring sensitivity simultaneously, are obtained by comparing and analyzing the effects of various parameters on different capacitance sensors. The simulations show that with increasing electrode number, the sensitivity distribution of detection field gets more uneven, and the sensitivity of capacitance sensor gets higher, a static test experiment isconducted on these optimized results. With increasing electrode number, the variance of these three kinds of electrode sensor respectively reaches to 0. 054 9, 0. 061 3 and 0. 096 3, the experimental results well coincide with the simulations.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)002【总页数】6页(P81-86)【关键词】电容传感器;正交试验;有限元分析;灵敏度测量【作者】王小鑫;闫洁冰;胡红利;高享想;张肖【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TM934气固两相流参数检测技术在科学研究和工业生产中发挥着越来越重要的作用，通过对流动参数的获取，建立气固两相流流动过程控制模型［1-2］，可以根据模型数据分析流动规律，为工业过程的精确计算和优化控制提供可靠的参考价值。
正交实验方法在传感器数字化参数优化中应用*（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640）摘要：针对传感器数字化参数配置优化比较复杂的问题，以称重传感器的数字化为例，提出以测量值有效比特位作为优化综合指标，采用正交试验法分析了数字化过程中的主要配置参数，包括电源激励方式、ADC斩波方式、滤波器阶数以及50/60Hz工频抑制功能设置。
确定了各因素对测量值影响的主次顺序，找出了最优参数配置。
验证实验结果表明，优化参数配置方案具有可行性和有效性。
关键词：正交实验；参数设置；有效比特；传感器；数字化中图分类号：TP212文献标识码：A 文章编号：Application of Orthogonal Experiment Method in Sensors DigitizationParameters Optimization*(School of Mechanical & Automotive Engineering, South China University of Technology,Guangzhou, Guangdong 510640, China)Abstract：Aiming to the problem that optimization of sensors digitization parameters configuration is complex, digitization of load cell is taken as an example, and orthogonal experiment method is adopted to analyze main configuration parameters of digitization process, including power excitation, ADC chopper, filter order and 50/60Hz power frequency rejection setting, while the measurement results effective number of bits (ENOB) is proposed to be optimization comprehensive index. The important order that various factors affect on the measurement results is determined, and the optimal parameters configuration is found out. The verify experiment results show that the parameters configuration optimization scheme is feasible and effective.Key words：orthogonal experiment；parameters setting；ENOB；sensor；digitization0 引言数字化、智能化是传感器技术发展的重要趋势之一[1]。
为获取高准确度、高稳定性的数字化效果，各厂家不断推出功能丰富的新器件(如模数转换器件、数字信号处理器件、微处理器)与传感器进行配套，以提高传感器的整体性能[2-3]。
但实际应用中，这些器件的参数配置比较复杂，有时甚至相矛盾，要获得理想的参数配置方案需要通过大量的分析与实验，工作效率低。
正交实验法适用于多因素、多水平和具有随机误差的各种实验，是解决多因素实验问题的有效统计方法。
通过对正交实验结果分析，可以确定各因素及其交互作用对实验指标影响的主次关系，用比较少的实验次数获得最优或较优的一组方案[4-5]。
在本文中，将以称重传感器的数字化为例，探讨如何应用正交实验方法，去完成传感器数字化优化参数的配置。
1配置参数及优化综合指标图1为一种数字式称重传感器的原理图。
该传感器采用某厂家型号为YZC-1B的平行梁式应变传感单元，灵敏度为2mV/V，量程为5k g，可直接用ADC(如AD7190、ADS1232和CS5532)和MCU对电桥的模拟输出信号进行数字化[6-8]，通过MCU可对数字称重传感器的各个参数进行配置。
数字称重传感器配置参数的设置对传感器测量准确度影响比较大。
这些配置参数主要有：激励方式、斩波方式、滤波器阶数和50/60Hz工频抑制。
不同的电源激励方式会影响传感器的输出信号范围和电源噪声抑制能力；斩波方式能减小ADC输入端的输入失调电压；输出更新频率一定时，数字滤波器的阶数会影响滤波效果；50/60Hz工频抑制可同时滤除50Hz 与60Hz附近频带的噪声。
*基金项目：广东省科技厅工业攻关项目(No.2008B010400043)；珠海市科技局产学研项目(No.PC20082020)；教育部新世纪优秀人图1 数字称重传感器原理图Fig 1 Schematic diagram of digital load cell考虑到有效比特位数(effective number of bits , ENOB )在一定程度上涵盖了数字称重传感器的多种误差(如增益误差、噪声、非线性误差)，这里提出采用ENOB 作为优化综合指标。
其计算公式如下：2ENOB k log =- ⑴ 式中：k 为ADC 转换位数；x 为测量值x i 的平均值；N 为测试值点数。
2 实验设计与分析分别用A , B , C , D 表示激励方式、斩波方式、滤波器阶数与50/60H z 工频抑制4个主要因素，每个因素有2个水平。
用1、2表示因素水平(见表1)，采用L 8(24)正交表安排实验(见表2)。
表1 因素水平表Tab 1 Factors and levels of orthogonal test水平 因素A B C D 1 0~5V 是 3阶 是 2-5~5V否4阶否表2 正交实验表Tab 2 Arrangement orthogonal experiment实验号A B C D 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 3 1 2 2 1 4 1 2 2 2 5 2 1 2 1 6 2 1 2 2 7 2 2 1 1 8 2 2 1 2具体实验过程：数字称重传感器上电后，根据正交实验表的配置方案对数字称重传感器进行设置。
待传感器空载读数稳定后，从空载开始到5k g ，每次增加1k g ，在不同载荷点连续测量500次，将测量值通过RS-485接口发送至上位机并显示实时数据。
利用上位机程序进行分析，计算各载荷测量值的ENOB 。
表3、表4分别为各次实验结果以及各因素对ENOB 的影响数据分析表。
表4中K 1、K 2为各因素同一水平实验结果之和；W 1、W 2为各因素水平的效应，极差R 为W 1、W 2的差值[9]。
极差R j 越大，说明该因素对ENOB 影响程度越大。
表3 正交实验结果Tab 3 Results of orthogonal experiment 实验号 A B C D ENOB (bit) 1 1 1 1 1 17.75 2 1 1 1 2 17.57 3 1 2 2 1 18.06 4 1 2 2 2 17.83 5 2 1 2 1 16.85 6 2 1 2 2 16.98 7 2 2 1 1 16.52 8221215.75表4 正交实验结果分析Tab 4 Analysis of results of orthogonal experiment 实验号 A B C D K 1 71.21 69.57 67.59 68.76 K 2 66.167.7469.7268.55W 1 0.64 0.13 -0.26 0.14 W 2 -0.64 -0.12 0.27 -0.13R1.280.250.530.27由于A ,B ,C ,D 四个因素都取2个水平，故其自由度为1，误差自由度f e 为4。
设S j 为j 因素的偏差平方和(表示该因素水平改变所引起的波动)，S 为总偏差平方和，则各因素的观测值F j 为：()j jj j eS /f F S S /f =-∑ ⑵表5 因素观测值Tab 5 Observed values of factors 因素 偏差平方和S j自由度f jF j A 1.62 1 62.25 B 0.25 1 2.34 C0.98110.82D 0.32 1 2.63由表4极差分析和表5中各因素观测值F j 可看出，各因素对平均有效比特位数影响的主次顺序为：A>C>D>B ，最优配置方案为：A 1B 1C 2D 1，即电源激励为0~5V 、采用斩波模式、4阶滤波器与50/60Hz 工频抑制。
3 结果验证任选两组效果最好的方案实验3 (A 1B 2C 2D 1) 、实验4(A 1B 2C 2D 2)与优化配置方案(A 1B 1C 2D 1)作比较实验。
分别测试三种配置方式下，数字称重传感器在不同载荷点的ENOB 和噪声有效值，比较结果如图3、图4所示。
有效比特位(b i t )载荷(Kg)图3 ENOB 比较Fig 3 Comparison of ENOB噪声有效值(n V )载荷(Kg)图4 噪声有效值比较Fig 4 Comparison of noise effective values可以看出，优化配置后各载荷点的ENOB 较其他配置方式有所提高，特别是满载时的ENOB 有了显著提高，平均ENOB 达到19.08bit ，明显高于其他实验配置。
各载荷点的噪声有效值相对较小，表明优化配置后的数字称重传感器测量精确度和稳定性更好。
表4为数字称重传感器采用优化配置后的一组实测数据。
测试表明，非线性误差为0.0023%F.S ，重复性误差为0.0018%F.S ，滞后误差为0.0007%F.S 。
优化配置后传感器各项指标比较理想，分辨率达到0.2uV/10mV ，综合精度达到了OIML 的C6等级。
表4：称重传感器测试数据Fig 4 Test data of digital load cell负荷(g) 进程(g) 回程(g) 1 2 1 2 0 0.00 0.00 0.000.001000 1000.02 1000.05 1000.06 1000.08 2000 2000.06 2000.08 2000.03 2000.10 3000 3000.09 3000.10 3000.11 3000.12 40003999.96 4000.05 3999.99 4000.02 50004999.965000.044999.96 5000.044 结束语正确合理的参数设置对发挥数字传感器性能至关重要，参数配置的优化是一个复杂的多变量多目标问题。
