近红外基础知识培训资料共72页

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在预测过程中，首先使用近红外光谱仪测 定待测样品的光谱图，通过软件自动对模 型库进行检索，选择正确模型计算待测质 量参数。
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1.2.3近红外光谱的测量形式

近红外线有很强的穿透能力，其分析仪器 有三种测量形式；漫透射测量、透射测量 和漫反射测量
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透射测量；是指将待测样品置于光源与 检测器之间，检测器所检测的光是透射 光或与样品分子相互作用后的光（光谱 （波长一般在780~1100nm范围内）承载 了样品结构与组成信息），透射光强度 与样品浓度之间的关系符合Beer定律。
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被测物质的近红外光谱取决于样品的组 成和结构。样品的组成和结构和近红外 光谱之间有着一定的函数关系。使用化 学计量学方法确定出这些重要函数关系， 即经过校正，就可以根据被测样品的近 红外光谱，快速计算出各种数据。
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1.2.2化学计量学方法

化学计量学是化学、计算机技术与数学 相互结合形成的一门崭新的边缘学科。 现代分析化学计量学已发展成数理统计、 数据处理、分类、解析、实验设计最优 化，最大限度地获取有关物质系统化学 信息等的有效方法。由于采用了计算机 技术，通过解析光谱数据获得物质的有 关化学信息，利用数学模型和数学方法 描述，消除基质和干扰组分的影响，从 而对复杂样品不经预处理直接进行多组 分分析。
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(5)控制及数据处理分析系统 现代近红外光谱仪器的控制及数据处理 分析系统是仪器的重要组成部分。一般 由仪器控制、采谱和光谱处理分析两个 软件系统和相应的硬件设备构成。 (6)打印机


记录或打印样品的光谱或定性、定量分 析结果。
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近红外光谱仪器的主要类型 近红外光谱仪的分类方式比较多，但市 场上分类主要还是按照仪器的分光器件 不同来分，一般可分为4种主要类型：滤 光片型、光栅色散型、傅里叶变换型和 声光调制滤光器型。其中光栅色散型又 有光栅扫描单通道和非扫描固定光路多 通道检测之分。

空间分辨率和镜头的视场角有关，和探测器像元数有关
空间分辨率及目标尺寸
视 场 角
竖 直 视 场 角
水平视场角
F O V
视场和空间分辨率
FOV
IFOV
Object
IFOV
左边被探测目标完全覆盖了热像仪的 IFOV，因此， 像素接受的辐射只来自目标。我们能准确测量它的 温度。然而，右边的像素不只看到目标，而且吸收 目标旁边的和背后的辐射。我们不可能测得这么小 目标的正确温度。
通过热像仪不仅能够让我们看到热的变化， 而且能够量化这些变化
红外探测器
红外探测器由过去的单元探测器发展成现在的焦平面探 测器（FPA）。现在工业上普遍使用320x240或160x120像 素的探测器。探测器每个单元每秒钟可以积分50次，即 可将接受的信号以50HZ的速率输出
红外辐射 微桥
探测器
FPA 单元
总体来说，以上各参数的设置均对结果有影响， 但影响力不同，影响程度依次降低。其中辐射率 影响最为明显，其余均在1℃以内。
2.外部环境对测量结果的影响：
——负荷的影响： 对于电流致热型设备来说，根据其公式 P = I² * R 故：满负荷温升T满=（I满/I当前）2*T当前 但通过实验发现，公式中的系数“2”可能不准确，应为 “1.5—1.8”。从而得出如下经验公式： 满负荷最小温升T满=（I满/I当前）1.5*T当前 满负荷最大温升T满=（I满/I当前）1.8*T当前
目 标 反 射 的 环 境 辐 射
Wtot = WObj + (1 - )WAmb + (1 - )WAtm
是目标的辐射系数, 是大气透射系数,Tamb 是目标的环境温度或反射的环境温度,Tatm 是大气温度。

物理解释：
A: 强调粒子概念－－分子场吸收一个光子的同时 ，发射一 个光子（拉曼散射）
B: 强调波动概念－－由于物质密度的起伏光被散 射瑞利散射）
光散射的定义及物理解释
散射引起反射，折射及衍射：散射是衍射的一种特 殊情况，即散射是细微粒子（比波长要小）的衍射 效应。
使透射光强减弱的原因:光的吸收与光的散射
3. 用于建模定标的样品的化学值的准确程 度。
检测
• 精度 = 重复性 •准确度 = 达到真值的能力
精度高 准确性高
精度高 准确性差
精度差 准确性差
不同实验室比较
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
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资料来源: CCFRA 合作研究项目, 1997
什么是校准
在浓度测量精度目标确定时，一定的仪器精
度是实现该预测精度目标的必要前提。
建模方法对测量精度与仪器精度的 影响结论
如果采取有效的建模方法，即使在仪器精度相
同的情况下，都可以有效地提高预测精度，而 且还可以大大降低实现期望预测精度所必需的 仪器精度的要求。
选择有效的建模方法（如优选波长变量，改进
不是 检查分析方法
校正模型训练集样品的选择
尽可能要覆盖待分析样品的范围 对于待测的物化性质，样品应均匀分布 样品的基底应相同（如PH值或水分） 若各组分间相互反应，要注意光谱采集合采集瞬间
的组成变化 包括尽可能多的有代表性的样本 样本变化范围越大，模型的适用范围越宽，但分析
结果的精度可能变差；模型适用范围小时，分析结 果的精度相对较高，但适用面变窄。

温度的定义
• 温度是某种物质相对于某个参照物的冷热 程度的量度；是物体内分子相对于其他物体 内分子的运动的一种量度。 • 两个物体温度相同，但所含热量可能会不 同。 （加热一杯水和加热一桶水所需的 热量一样吗？） •
热量的传递方式
•两个物体有温度差时，或一个物体的温度 改变，热量将会从温度较高的区域转移到温 度较低的区域，直到达到热平衡状态。 • 传导 主要在固体中进行，有时也在流体中进行。 较热的分子将能量直接传递给较冷的分子。 • 对流 在流体中进行。 • 辐射 通过电磁波在物体间传递能量，不需要传递 介质的存在，在真空中同样会有辐射。 •请分别针对传导、对流、辐射举例。
八、典型红外图谱
缺陷：变压器散热 器蝶阀关上
缺陷：漏磁引起的 变压器螺栓发热
28.7℃
25
缺陷：套管缺油
20
15 14.4℃
36.2℃ 35
缺陷：变压器油位
30
25
20 18.7℃
缺陷：电流互感器 接头松动引起发热
缺陷：电流互感器 内接头发热
缺陷：套管缺油、 柱头发热
缺陷：套管内连接 不良引起柱头发热
二、发热机理
• 电压致热型 • 电压效应引起的发热，由于发热功率与电压的平方成正比， 其发热主要是由设备上的分布电压引起的泄漏电流所致。 因此其不受负荷电流大小影响，只受加在设备上的额定电 压影响。 • 典型设备：PB、CVT、OY、绝缘子和电缆头等设备。
• 对电压致热型，应采用手动调节方式进行调节，选择合适 的电平及温度范围，这样才能很好地调节图像的亮度和对 比度，以便进行准确判断。
温度的测量
•有哪些温度的测量方法？
• 温度计（水银、煤油、酒精…）
• 双金属温度计 • 热电偶 • 热电阻 • 红外测温