土壤养分激光诱导击穿光谱分析及系统控制软件开发
发布时间：2022-10-30 20:56
精准施肥是精准农业领域的核心研究内容之一,而土壤养分元素含量的快速准确获取是精准施肥的关键。目前,土壤养分的检测以农田采样、实验室预处理、检测为主,不能满足快速获取的需求,因此,需要发展一种能够实时快速分析土壤养分的检测技术。激光诱导击穿光谱（Laser-induced Breakdown Spectroscopy:LIBS）技术具有无需样品预处理、检测时间短、多种元素同时检测等优点,该技术在很多领域得到广泛应用,在土壤养分与重金属检测方面国内外也开展了相关工作。采用该技术检测土壤养分元素含量,能够为精准施肥提供数据基础。本文在实验室所搭建的LIBS系统上,以龙亢农场采集的土壤样本为研究对象,研究了土壤中部分养分元素的LIBS定量分析方法。以土壤中镁元素（Mg）的LIBS定量分析为例,分别建立了土壤中镁元素的双谱线定标曲线和支持向量机回归（SVR）定量分析模型。由于LIBS定量分析易受到基体效应、自吸收效应、系统参数和环境噪声等干扰因素的影响,使用单条特征谱线进行元素浓度定量分析时,准确度不高。本文为了提高测量的准确度,选用镁元素的原子、离子特征谱线作为分析线,依据两条特征谱线强度的线...
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文组织结构
第2章 LIBS理论基础和土壤光谱数据获取
2.1 LIBS分析原理
2.1.1 原子发射光谱分析方法
2.1.2 LIBS基本原理
2.1.3 激光诱导击穿光谱自吸收效应
2.1.4 特征谱线的选取原则
2.1.5 土壤养分LIBS定量分析
2.2 土壤LIBS光谱数据的实验获取
2.2.1 土壤样本的采集与制备
2.2.2 LIBS实验系统
2.2.3 实验条件
2.3 土壤样本中养分元素含量的测定
第3章 土壤养分LIBS定量分析研究
3.1 LIBS定量分析方法与评价指标
3.1.1 LIBS定量分析方法介绍
3.1.2 常用评价指标
3.2 双谱线定标曲线
3.3 SVR方法理论基础
3.3.1 SVM方法概述
3.3.2 SVR算法原理
3.4 SVR定量分析模型
3.4.1 光谱特征向量的选取
3.4.2 样本划分
3.4.3 归一化
3.4.4 模型选择
3.4.5 参数寻优过程与结果
3.4.6 SVR定量分析模型预测效果
第4章 LIBS实验系统控制软件开发
4.1 LIBS实验系统硬件结构介绍
4.2 LIBS实验系统控制软件总体设计
4.2.1 软件功能简介
4.2.2 软件主界面设计
4.3 光谱仪相关软件设计
4.3.1 Windows消息简介
4.3.2 光谱仪设备检测
4.3.3 光谱仪参数设置界面
4.3.4 光谱数据获取
4.3.5 光谱数据展示
4.3.6 光谱数据存储
4.4 激光器相关软件设计
4.4.1 激光器参数设置界面
4.4.2 激光器工作模式设计
4.5 步进电机旋转台相关软件设计
4.5.1 步进电机旋转台硬件组成简介
4.5.2 步进电机旋转台运行模式配置界面
4.5.3 步进电机转速控制
4.5.4 步进电机控制命令格式设计
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光诱导击穿光谱结合双谱线特征定量分析土壤中镁[J]. 栾亚阁,鲁翠萍,胡海瀛,汪六三,张正勇,刘洋,林志丹,宋良图,王儒敬. 应用激光. 2015(06)
[2]土壤中砷元素的激光诱导击穿光谱测量分析[J]. 鲁翠萍,胡海瀛,汪六三,刘晶,蒋庆,宋良图,王儒敬. 强激光与粒子束. 2014(11)
[3]基于激光诱导击穿光谱地沟油鉴别的初步探究[J]. 吴鼎,海然,刘平,赵栋烨,刘佳宏,丁洪斌. 科学通报. 2014(21)
[4]基于激光诱导击穿光谱的土壤钾素检测[J]. 张俊宁,方宪法,张小超,苑严伟,周利明,吴海华. 农业机械学报. 2014(10)
[5]基于激光诱导击穿光谱的合金钢组分偏最小二乘法定量分析[J]. 丛智博,孙兰香,辛勇,李洋,齐立峰,杨志家. 光谱学与光谱分析. 2014(02)
[6]我国化肥施用量持续增长的原因分解及趋势预测[J]. 栾江,仇焕广,井月,廖绍攀,韩炜. 自然资源学报. 2013(11)
[7]激光诱导击穿光谱技术的研究与应用新进展[J]. 邵妍,张艳波,高勋,杜闯,林景全. 光谱学与光谱分析. 2013(10)
[8]水体重金属激光诱导击穿光谱定量分析方法对比研究[J]. 王春龙,刘建国,赵南京,马明俊,王寅,胡丽,张大海,余洋,孟德硕,章炜,刘晶,张玉钧,刘文清. 物理学报. 2013(12)
[9]Analysis of total nitrogen and total phosphorus in soil using laser-induced breakdown spectroscopy[J]. 鲁翠萍,汪六三,胡海瀛,庄重,汪玉冰,王儒敬,宋良图. Chinese Optics Letters. 2013(05)
[10]基于双缓冲技术的GDI+无闪烁绘图[J]. 江建国,温少营,张瑞楠. 计算机应用. 2012(S2)
博士论文
[1]支持向量机学习算法若干问题的研究[D]. 常甜甜.西安电子科技大学 2010
硕士论文
[1]支持向量机中Sigmoid核函数的研究[D]. 刘明.西安电子科技大学 2009
本文编号：3699468
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文组织结构
第2章 LIBS理论基础和土壤光谱数据获取
2.1 LIBS分析原理
2.1.1 原子发射光谱分析方法
2.1.2 LIBS基本原理
2.1.3 激光诱导击穿光谱自吸收效应
2.1.4 特征谱线的选取原则
2.1.5 土壤养分LIBS定量分析
2.2 土壤LIBS光谱数据的实验获取
2.2.1 土壤样本的采集与制备
2.2.2 LIBS实验系统
2.2.3 实验条件
2.3 土壤样本中养分元素含量的测定
第3章 土壤养分LIBS定量分析研究
3.1 LIBS定量分析方法与评价指标
3.1.1 LIBS定量分析方法介绍
3.1.2 常用评价指标
3.2 双谱线定标曲线
3.3 SVR方法理论基础
3.3.1 SVM方法概述
3.3.2 SVR算法原理
3.4 SVR定量分析模型
3.4.1 光谱特征向量的选取
3.4.2 样本划分
3.4.3 归一化
3.4.4 模型选择
3.4.5 参数寻优过程与结果
3.4.6 SVR定量分析模型预测效果
第4章 LIBS实验系统控制软件开发
4.1 LIBS实验系统硬件结构介绍
4.2 LIBS实验系统控制软件总体设计
4.2.1 软件功能简介
4.2.2 软件主界面设计
4.3 光谱仪相关软件设计
4.3.1 Windows消息简介
4.3.2 光谱仪设备检测
4.3.3 光谱仪参数设置界面
4.3.4 光谱数据获取
4.3.5 光谱数据展示
4.3.6 光谱数据存储
4.4 激光器相关软件设计
4.4.1 激光器参数设置界面
4.4.2 激光器工作模式设计
4.5 步进电机旋转台相关软件设计
4.5.1 步进电机旋转台硬件组成简介
4.5.2 步进电机旋转台运行模式配置界面
4.5.3 步进电机转速控制
4.5.4 步进电机控制命令格式设计
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光诱导击穿光谱结合双谱线特征定量分析土壤中镁[J]. 栾亚阁,鲁翠萍,胡海瀛,汪六三,张正勇,刘洋,林志丹,宋良图,王儒敬. 应用激光. 2015(06)
[2]土壤中砷元素的激光诱导击穿光谱测量分析[J]. 鲁翠萍,胡海瀛,汪六三,刘晶,蒋庆,宋良图,王儒敬. 强激光与粒子束. 2014(11)
[3]基于激光诱导击穿光谱地沟油鉴别的初步探究[J]. 吴鼎,海然,刘平,赵栋烨,刘佳宏,丁洪斌. 科学通报. 2014(21)
[4]基于激光诱导击穿光谱的土壤钾素检测[J]. 张俊宁,方宪法,张小超,苑严伟,周利明,吴海华. 农业机械学报. 2014(10)
[5]基于激光诱导击穿光谱的合金钢组分偏最小二乘法定量分析[J]. 丛智博,孙兰香,辛勇,李洋,齐立峰,杨志家. 光谱学与光谱分析. 2014(02)
[6]我国化肥施用量持续增长的原因分解及趋势预测[J]. 栾江,仇焕广,井月,廖绍攀,韩炜. 自然资源学报. 2013(11)
[7]激光诱导击穿光谱技术的研究与应用新进展[J]. 邵妍,张艳波,高勋,杜闯,林景全. 光谱学与光谱分析. 2013(10)
[8]水体重金属激光诱导击穿光谱定量分析方法对比研究[J]. 王春龙,刘建国,赵南京,马明俊,王寅,胡丽,张大海,余洋,孟德硕,章炜,刘晶,张玉钧,刘文清. 物理学报. 2013(12)
[9]Analysis of total nitrogen and total phosphorus in soil using laser-induced breakdown spectroscopy[J]. 鲁翠萍,汪六三,胡海瀛,庄重,汪玉冰,王儒敬,宋良图. Chinese Optics Letters. 2013(05)
[10]基于双缓冲技术的GDI+无闪烁绘图[J]. 江建国,温少营,张瑞楠. 计算机应用. 2012(S2)
博士论文
[1]支持向量机学习算法若干问题的研究[D]. 常甜甜.西安电子科技大学 2010
硕士论文
[1]支持向量机中Sigmoid核函数的研究[D]. 刘明.西安电子科技大学 2009
本文编号：3699468
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