日本CHINO千野水分測(cè)厚儀的測(cè)量原理
更新時(shí)間：2023-12-11 點(diǎn)擊次數(shù)：1303次
1. 光譜特性和吸收強(qiáng)度（比爾-朗伯定律）
特定波長(zhǎng)的紅外線具有被分子（原子）吸收的特性。 該波長(zhǎng)吸收的波長(zhǎng)取決于構(gòu)成分子的原子及其鍵合狀態(tài)。
下圖是顯示紅外線在縱軸上的吸收（透射率）和橫軸上的波長(zhǎng)（μm）的光譜特性圖示例。
它們代表不同的特性，例如吸水特性、溶劑、薄膜和油。
此外，這種吸收特性會(huì)根據(jù)物質(zhì)的數(shù)量（厚度）而變強(qiáng)。
這用以下方程表示為 Lambert （Lumber）-Behr 定律。
衰減 ⊿I=-α?I?⊿t （α; 由吸收系數(shù)、物質(zhì)和波長(zhǎng)決定的常數(shù)） → dI=-α?I?dt 通過(guò)t（t=0~t）對(duì)兩邊進(jìn)行積分 紅外線強(qiáng)度 I=I0?e^（-α?t）
Chino的紅外線水分和測(cè)厚儀利用紅外線的特性來(lái)吸收物質(zhì)波長(zhǎng)（官能團(tuán)），測(cè)量物質(zhì)中每種成分的含量，吸收量根據(jù)含量（厚度）而變化。
2. 傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
水分和測(cè)厚儀的內(nèi)部配置如下所示。
光源燈發(fā)出的光通過(guò)濾光片，僅選擇特定波長(zhǎng)并照射物質(zhì)。 照射的紅外線被測(cè)量目標(biāo)（官能團(tuán)）的振動(dòng)吸收，衰減的反射光通過(guò)凹面鏡重新聚焦并入射到受光元件上。
此外，該濾光片隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，間歇照射不同波長(zhǎng)的紅外線（脈沖波），接收到的紅外線由探測(cè)器元件轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將每個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并輸出吸光度信號(hào)。
3. 吸光度計(jì)算
我們的水分和測(cè)厚儀的吸光度輸出主要如下。
（2）雙波長(zhǎng)比計(jì)算
吸光度
X = K2-λs/λr K1;兩個(gè)波長(zhǎng)的歸一化常數(shù) （≈1）：吸收波長(zhǎng) λs 和比較波長(zhǎng) λr
r（低吸收的參考波長(zhǎng)）
（3）三波長(zhǎng)比計(jì)算
使用
吸收波長(zhǎng)λs和λr1和λr2的比較波長(zhǎng) 吸光度
X = K1-λs/（α?λr1+（1-α）?λr2） K1; 歸一化常數(shù) （≈1）， α; 波長(zhǎng)權(quán)重常數(shù) （0<α<1） <b12>
（3）多元回歸運(yùn)算
由于船上紅外線的每個(gè)波長(zhǎng)為λ1~λn，并且吸收特性呈指數(shù)級(jí)，因此取每個(gè)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)，并通過(guò)以下公式計(jì)算
。
組件值：Y = a0 + a1 / Log （λ1） + a2 / Log （λ2） + ???an ? Log （λn）（
水分、厚度、溶劑等）
（2）中的雙波長(zhǎng)比計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)取吸收量與參考波長(zhǎng)的比值，減少作為干擾元素的干擾，例如外部光、測(cè)量距離、光路上的灰塵、表面條件的波動(dòng)和其他光強(qiáng)度的絕對(duì)值。
此外，（3）中的三波長(zhǎng)比計(jì)算是兩波長(zhǎng)的高級(jí)類型，在樣品的表面條件、顏色和組分比例的差異方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)（我們稱之為地球化差異）。
在這種基于比率計(jì)算的吸光度計(jì)算方法中，使用該吸光度進(jìn)一步創(chuàng)建校準(zhǔn)曲線，以計(jì)算所需的組分值。
在（2）中的多元回歸運(yùn)算中，如果確定該方程的系數(shù)，則可以直接輸出得到的分量值。 這種多元回歸操作是一種在所需分量不由單一波動(dòng)量（一個(gè)吸收波長(zhǎng)）表示但受到多個(gè)元素（水分和厚度的吸收波長(zhǎng)）影響（相互干擾）時(shí)，通過(guò)合并每個(gè)元素（波長(zhǎng)數(shù)據(jù)）來(lái)獲得的方法，通常用于處理多變量時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)處理。 為了找到這種多元回歸運(yùn)算的系數(shù)，我們應(yīng)用測(cè)量值并以正態(tài)方程組的形式找到它們。
此外，當(dāng)同時(shí)測(cè)量多個(gè)組件時(shí)，通過(guò)將這種多元回歸計(jì)算的系數(shù)應(yīng)用于每個(gè)組件，可以同時(shí)測(cè)量水分和厚度。
4. 校準(zhǔn)曲線
它是根據(jù) 3 中 （2） 和 （99） 中 <> 中獲得的 <>（水分、厚度、μm、溶劑%等）的變化而增加或減少的變量，而不是組件本身的量。
需要校準(zhǔn)曲線來(lái)確定獲得該吸光度值的組分?jǐn)?shù)量。
校準(zhǔn)曲線是在測(cè)量范圍內(nèi)預(yù)先搖晃待測(cè)樣品，用濕度和厚度傳感器測(cè)量，然后通過(guò)最小二乘法（一種獲得減少誤差的回歸方程的方法）獲得吸光度值（X值）和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)而得到的公式。
<校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)>
基本上為每種類型創(chuàng)建校準(zhǔn)曲線。 該傳感器最多可存儲(chǔ) <> 條校準(zhǔn)曲線，每次更改類型時(shí)都會(huì)切換校準(zhǔn)曲線的通道。
附錄 1. 基于Lambert-Beer定律的校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)與吸光度值的關(guān)系
在上一節(jié)的標(biāo)定曲線數(shù)據(jù)中，通過(guò)2~3階多項(xiàng)式方程得到的波長(zhǎng)比計(jì)算1（3）得到的測(cè)量值Y與吸光度X值之間的關(guān)系。 另一方面，在朗伯特（木材）-比爾定律中，吸光度是通過(guò)對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)運(yùn)算獲得的（t = - （1/α） / Log（I） + β 當(dāng)用厚度 t 求解時(shí)）。
下圖顯示了在厚度測(cè)量時(shí)，以基于Lambert（Lumber）-Beer定律的理論公式獲得的吸光度與使用本公司使用的“雙波長(zhǎng)比計(jì)算"進(jìn)行二階或三階回歸計(jì)算之間的關(guān)系。
此模型示例中圖中的紅色箭頭表示理論方程的誤差。
然而，在現(xiàn)實(shí)中，每個(gè)品種（批次）的測(cè)量范圍在一定程度上是確定的，通過(guò)在該范圍內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)的回歸計(jì)算，可以將誤差降低到使用中沒(méi)有問(wèn)題的程度。
此外，對(duì)于多元回歸計(jì)算，取每個(gè)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)（Logλn），并使用相同的計(jì)算方法作為理論公式，因此回歸計(jì)算精度進(jìn)一步提高。 
附錄 2. 關(guān)于平滑操作
我們的水分儀和測(cè)厚儀主要用于在線測(cè)量，但由于許多干擾、外部光線、測(cè)量距離、光路上的灰塵、表面條件的波動(dòng)等，在線測(cè)量數(shù)據(jù)可能會(huì)成為令人沮喪的因素。 因此，我們執(zhí)行以下算術(shù)處理，以消除這些干擾并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測(cè)量。
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