基于光電技術的天然膠乳干膠含量測量關鍵技術研究.pdf

1、天然橡膠是一種從天然膠乳獲得的可更新資源，它比從石油制得的合成橡膠在環(huán)境和生態(tài)效益方面都有很大的優(yōu)勢。天然橡膠價格的波動以及需求量的巨大已經(jīng)受到了廣泛的關注。天然膠乳中的干膠含量是決定其價格的關鍵因素。因此，為了推動天然橡膠市場的公平高效，預防影響天然橡膠價格和生產(chǎn)的欺詐行為，研究一種天然膠乳中干膠含量測量的有效方法具有重要意義。
　　從對天然膠乳中干膠含量測量的研究現(xiàn)狀來看，在國外有化學的方法以及核磁共振法、微波法、介電法、紅外

2、光譜法等，在國內(nèi)主要有浮力法、微波衰減法等，現(xiàn)有的測量技術方法在集成度、測量成本以及測量速度上都有一定的缺陷，迄今尚未發(fā)現(xiàn)有結(jié)合光電技術的測量方法。根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，本文圍繞光電技術、光纖傳感技術和圖像處理等關鍵技術開展研究。本文設計了基于Y型光纖和基于環(huán)狀光電傳感器的兩種小型便攜式的天然膠乳干膠含量測量系統(tǒng)，并以實測驗證了系統(tǒng)對干膠含量進行實時和定量測量的可行性。設計的系統(tǒng)成本低、測量速度快，同時消耗樣品數(shù)量少，是一種無損快速的測量

3、新方法；同時還基于小波矩圖像處理技術，提出了一種小波域熒光圖像的干膠含量測量方法，通過提取天然膠乳熒光圖像的特征實現(xiàn)干膠含量的測量，這是一種采用微弱光圖像實現(xiàn)干膠含量測量的新方法；另外，本文還將設計的小型便攜式測量系統(tǒng)推廣至用于乳狀液體中的主成分含量測量。本文研究為乳狀液體的生產(chǎn)、加工和使用提供了重要的研究基礎。
　　論文主要創(chuàng)新工作和研究內(nèi)容如下：
　　(1)提出并設計了基于Y型光纖的天然膠乳干膠含量測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了Y型光

4、纖傳光通路并結(jié)合光電技術的測量。設計的測量系統(tǒng)基于漫反射吸光度和天然膠乳中的干膠含量呈線性的關系進行建模，通過對測量系統(tǒng)的標定，實現(xiàn)了對天然膠乳中干膠含量的實時和無損測量。設計的測量系統(tǒng)體積小、成本低，測量的結(jié)果表明測量系統(tǒng)的精度高，并且通過測量系統(tǒng)分析驗證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、偏倚性、線性以及重復性和再現(xiàn)性。
　　(2)提出并設計了基于環(huán)狀光電傳感器的天然膠乳干膠含量測量系統(tǒng)，將環(huán)狀光電傳感器應用于測量天然膠乳中的干膠含量。測量系統(tǒng)通

5、過對漫反射吸光度和干膠含量的建模，實現(xiàn)了對干膠含量的實時無損測量。本文通過實驗驗證了測量系統(tǒng)對干膠含量進行定量分析的可行性，測量系統(tǒng)分析的結(jié)果也表明了該測量系統(tǒng)能夠滿足測量的需要。
　　(3)為了對設計的兩種便攜式測量系統(tǒng)進行樣品溫度補償，設計了基于熱電制冷器的小型模糊溫控系統(tǒng)，實現(xiàn)了動態(tài)溫度下樣品吸光度的測量。溫控系統(tǒng)采用模糊控制算法，驅(qū)動熱電制冷器對樣品進行恒溫控制。設計的系統(tǒng)體積小、成本低，在不影響測量系統(tǒng)集成化的前提下能夠

6、準確控制樣品的溫度，不僅可以用于液體樣品的溫控，還可實現(xiàn)固體導熱樣品的溫度控制。(4)利用小波矩圖像處理技術，提出了基于熒光圖像的天然膠乳干膠含量測量方法。對采集的天然膠乳的熒光圖像進行分析，用優(yōu)化的小波矩特征值對不同干膠含量的天然膠乳進行建模。根據(jù)最小距離分類法，實現(xiàn)了干膠含量的準確測量。研究結(jié)果表明，提出的測量方法準確度較高，并且該方法對設備要求低，消耗樣品數(shù)量少，降低了測量的成本。
　　(5)將設計的兩種測量系統(tǒng)推廣應用于含