Автоматизированный контроль качества жидких пищевых сред на основе лазерной Фурье-спектроскопии

• Автор: Дроханов, Алексей Никифорович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с. : ил.

1 Актуальность темы

2 Выбор направления исследований

3 Цель и задачи исследования

4 Научная новизна

5 Основные положения, выносимые на защиту

6 Практическая значимость работы

7 Реализация результатов работы

8 Апробация работы

9 Личный вклад автора

10 Публикации

11 Структура и объем работы

ГЛАВА 1 Применение Фурье - спектроскопии для
автоматизированного контроля качества пищевых сред
1.1 Теоретические основы метода
1.1.1 Спектральный метод
1.1.2 Структурозональный метод
1.2 Пространственное Фурье - преобразование
1.3 Структурная схема, основные элементы
и параметры Фурье-спектроскопа
1.3.1 Структурная схема Фурье-спектроскопа
1.3.1.1 Источник света
1.3.1.2 Формирующая оптика
1.3.1.3 Транспарант
1.3.1.4 Преобразующая оптика
а) вариант
б) вариант
в) вариант
1.3.1.5 Фотоприемник
1.3.2 Оценка интенсивности пространственного спектра
1.3.3 Разрешающая способность
1.3.4 Шум оптической системы
1.4. Оптическая схема Фурье-спектроскопа
1.4.1 Выбор оптической схемы Фурье-спектроскопа
1.4.2 Оптическая схема для больших размеров транспаранта
1.4.3 Разрешающая способность Фурье-спектроскопа
1.5 Анализ параметров Фурье-спектроскопов
1.6 Оптимизация структуры Фурье-спектроскопа
1.6.1 Измерения с использованием оптимальных фильтров
1.6.2 Измерения с использованием многоканального измерителя
1.6.3 Измерения в сканирующем Фурье-спектроскопе
с использованием отношения правдоподобия
1.6.4 Оптимизация на основе когерентного накопления
оценок спектра пространственных частот
1.7 Выводы
ГЛАВА 2 Использование Фурье-спектроскопов при автоматизации технологических процессов пищевых производств
2.1 Варианты применения Фурье-спектроскопов
2.2 Сканирующие Фурье-спектроскопы
2.2.1 Фурье-спектроскоп со сканированием лазерного
пучка по одной координате
2.2.2 Фурье-спектроскоп со сканированием лазерного
пучка по двум координатам
2.3 Анализ и разработка дефлекторов для сканирующих Фурье-спектроскопов
2.3.1 Анализ существующих дефлекторов
2.3.2 Разработка дефлекторов для сканирующего Фурье-спектроскопа
2.3.2.1 Разработка дефлекторов на основе
гальванометров М1013
2.3.2.2 Разработка дефлекторов на основе
гальванометров МЭД
2.4 Экспериментальная проверка сканирующего Фурье-спектроскопа
2.5 Выводы
ГЛАВА 3 Аппаратно-программный комплекс экспериментального Фурье-спектроскопа (установка «Структура»)
3.1 Оптический тракт
3.2 Электронный тракт
3.2.1 Анализ влияния шумов и помех
3.2.2 Электронные схемы установки
3.3 Программное обеспечение
3.4 Выводы
ГЛАВА 4 Автоматизация измерений, выполняемых
на Фурье-спектроскопе
4.1 Алгоритмы проведения измерений
4.1.1 Алгоритм измерения спектра систематических
погрешностей, вызванных аберрациями оптики
4.1.2 Алгоритм измерения спектров пищевых сред
4.1.3 Алгоритм сравнения с эталоном
4.1.4 Оценка погрешностей измерений
4.2 Автоматизация измерений и обработки данных
4.2.1 Исследования оптического тракта установки
4.2.1.1 Исследования оптического тракта установки без кюветы
4.2.1.2 Исследования оптического тракта установки с кюветой
4.2.2 Исследования пищевых сред

4.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Приложение 1. Справка о внедрении анализатора структуры фотоизображений (АСФИ) в Государственный научно-исследовательский центр изучения природных ресурсов
2. Приложение 2. Справка о внедрении установки «Структура» в учебный процесс на кафедре «Информационные технологии»
МГУТУ
3. Приложение 3. Справка о внедрении установки «Структура»
для проведения исследований жидких пищевых сред в Межвузовской научно-исследовательской лаборатории оптической квалиметрии ФИАН-МГУТУ
Практическая реализации оптимальных линейных согласованных фильтров вряд ли целесообразна из-за мультипликативного характера ряда составляющих помех, например таких, как спекл-шумы, а также помех из-за неоднородностей оптической системы. При этом оптимальные фильтры априорно должны быть нелинейными.
Линейная фильтрация оптимальна только в тех случаях, когда полезный сигнал и помехи описываются независимыми нормальными распределениями плотности вероятности. В этом случае наилучшую среднеквадратичную оценку сигнала обеспечивают линейные операции над выборками сигнала и помех.
1.6.2 ИЗМЕРЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОКАНАЛЬНОГО
ИЗМЕРИТЕЛЯ.
Учитывая, что строгая реализация оптимальной согласованной фильтрации затруднительна, дальнейшие исследования целесообразно проводить в направлении оптимизации параметров и характеристик элементов квазиоп-тимальных, практически реализуемых систем обработки.
К таким системам относятся устройства, осуществляющие анализ пространственных спектров на выходе Фурье-спектрометра [Проханов, Иноземцев, и др., отчет по НИР, 1998 г.].
При этом в частотной плоскости Фурье-спектроскопа формируется спектр пространственных частот от данного участка транспаранта. Оценка спектра, полученная по одной реализации случайного пространственного сигнала, является действительной функцией, принимающей только положительные значения. Усредненное значение этой функции по многим реализациям определяет величину спектральной составляющей сигнала, а дисперсия - погрешность оценки спектра.
Задача оптимизации обработки в рассматриваемом случае заключается в отыскании системы, измеряющей на выходе Фурье-спектроскопа в диапазоне определенных частот характерных выбросов, носящих импульсный характер.