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无创检测人体血糖浓度建模及预处理方法研究

无创检测人体血糖浓度建模及预处理方法研究

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作者：邓高旭上海工程技术大学

学位级别：硕士

近年来,糖尿病的发病率迅猛上升,目前全球尚无根治糖尿病的方法,但是通过医疗手段可以有效的控制糖尿病。在医学上主要采用有创测量手段,不具有测量的连续性,因而国内外都在努力对无创血糖的监测系统进行研究,比较流行的检测技术有微波... 详细信息

近年来,糖尿病的发病率迅猛上升,目前全球尚无根治糖尿病的方法,但是通过医疗手段可以有效的控制糖尿病。在医学上主要采用有创测量手段,不具有测量的连续性,因而国内外都在努力对无创血糖的监测系统进行研究,比较流行的检测技术有微波检测法、光声光谱法和激光拉曼光谱法等。上述方法在应用上有很大的困难,只能停留在实验室研究上,现在普遍开始研究近红外光谱检测法。在应用上近红外光谱分析技术是比较有优势的检测方法,关键点是该技术能够采集高信噪比的光谱信息来分辨血糖中各成分的微弱信号,从而能够利用统计学方法来建立葡萄糖浓度的训练和预测模型。人体血糖高低主要是由血液中的葡萄糖浓度决定,在进行无创血糖检测的研究中,葡萄糖溶液的浓度检测是无创血糖浓度检测的基础。所以本文将着重分析不同浓度的葡萄糖水溶液的近红外光谱特性,对全波长范围内所对应的葡萄糖水溶液的近红外吸光度数据进行详细研究,提取出引起近红外吸光度变化明显的波段,并从物理化学的角度解释了该波段产生特征峰的原因。通过基线校正和标准化处理对葡萄糖水溶液光谱数据作预处理,同时,本文使用化学统计学方法来判别奇异样本点和样本数据矩阵中携带无效信息的波长,主要是利用了得分图进行判别。对浓度范围为1.8%-18%,浓度间隔为1.8%的葡萄糖水溶液样本数据集进行训练和预测。本文采用偏最小二乘拟合法对各个波长所对应的吸光度数据和葡萄糖水溶液浓度建立预测模型,同时验证了模型的可靠性。将葡萄糖溶液的实际值与模型预测值两者的绝对误差、相关性系数作为模型预测结果的评判指标。为了弥补偏最小二乘法不具备非线性拟合的缺陷,选择了BP神经网络模型,但分析发现BP网络的训练速度较慢,平均时长为1分钟。为了提高训练速度同时改变模型输出层函数族为闭集,提高非线性逼近能力,选择了满足要求的RBF径向基函数网络。然后选择验证集样本中接近葡萄糖分子倍频区3个吸收信号波长的吸光度值作为自变量进行建模,验证了模型的可行性。最后利用遗传算法对BP和RBF网络的训练参数进行全局寻优。为了与遗传算法优化前的结果比较,此处使用了相同的数据集。对预测集样本的吸光度值和葡萄糖水溶液浓度值建模,相关性系数R分别为0.99741和0.9984。结果表明:运用统计学的异常样本处理方法和遗传算法优化的RBF神经网络模型可以对模型进行一定程度优化,并验证了近红外光谱数据和葡萄糖浓度之间的定量关系,为人体无创血糖检测的设备研制和测量精度的提高提供了理论依据。

关键词：无创血糖数据预处理偏最小二乘拟合遗传算法优化神经网络

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纤维素焊条工艺性分析评价

纤维素焊条工艺性分析评价

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作者：周增太原理工大学

学位级别：硕士

焊接材料的电弧物理理论包括熔滴过渡模式、熔滴过渡机理、电弧行为、电弧电参数特征等。基于焊接电弧物理特性的焊接材料工艺性研究一直是焊接研究的热点。焊接材料的工艺性、熔滴过渡、电弧电参数有密切的关系,这方面工作主要集中在... 详细信息

焊接材料的电弧物理理论包括熔滴过渡模式、熔滴过渡机理、电弧行为、电弧电参数特征等。基于焊接电弧物理特性的焊接材料工艺性研究一直是焊接研究的热点。焊接材料的工艺性、熔滴过渡、电弧电参数有密切的关系,这方面工作主要集中在应用焊接电流电压分析焊接的熔滴过渡形式和焊接的稳定性,通过焊接燃弧时间和短路时间,短路的峰值电流,平均电流和电压来评价焊接的工艺性。论文以纤维素焊条为研究对象,通过工艺性试验、高速摄影以及汉诺威弧焊质量分析仪对四种长输管道用纤维素焊条的工艺性、熔滴过渡、电弧电参数进行了试验研究。工艺性试验对四种焊条工艺性由好到差进行了排序:HT-1,HT-2,HT-3,HT-4。高速摄影试验表明:纤维素焊条的熔滴过渡模式表现为短路过渡、喷射过渡、爆炸过渡的混合模式,短路过渡和喷射过渡是纤维素焊条主要过渡模式;四种焊条各个过渡模式所占比例存在着差异,工艺性的差异主要取决于焊接中熔滴过渡模式所占比例不同。焊接电弧电参数能反映熔滴过渡模式,即纤维素焊条电流电压波形和电压和电流概率密度曲线表明了纤维素焊条是典型的短路过渡和喷射过渡混合过渡形态。通过分析可知:焊条的药皮的气体吹力是影响焊条熔滴过渡模式重要因素;规律的喷射过渡是纤维素焊条理想的过渡模式,其所占比例大焊条的工艺性好。焊条工艺性由焊条熔滴过渡模式所决定;焊接电压电流的波动反映了熔滴过渡模式;进而反映焊条的工艺性。利用焊接电弧电参数特征量评价纤维素焊条的工艺性。电压变异系数小、焊接U-I图集中表征了焊接电弧稳定性好。通过偏元最小二乘回归拟合建立了平均电压、短路电压概率密度和、大电流概率密度和、电压变异系数评价飞溅的模型,模型表明焊接电压增大与焊接电压变异系数越小焊接飞溅小,即规律的喷射过渡有利于降低飞溅。利用短路电压概率密度和Σn（Us）和短路电流概率密度和Σn（Is）,间接表征喷射过渡所占的比重,从而定量评价纤维素焊条的工艺性。对焊接电压信号进行了频谱分析,功率谱主分布峰描述了金属熔滴的短路过渡频次,频谱信息反映了焊接中电弧的稳定程度,纤维素焊条电压信号的频谱分析结果反映焊接熔滴过渡形态及其稳定性,评价纤维素焊条的工艺性。

关键词：纤维素焊条工艺性熔滴过渡偏最小二乘拟合频谱分析

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