基于方波激励的近红外LED中药水分传感器

摘要：

传统中药在世界范围的需求量巨大,尤其是屠呦呦在2015年获得诺贝尔医学奖以来,中药的受欢迎程度进一步得到了提高.然而,中药的质量标准管理中还存在较多关键性问题,其中,中药水分含量的检测是中药质量一致性控制中的一个重要因素.基于近红外L ED吸收光谱的中药水分传感器,通常采用电平信号或锁相放大来实现信号的探测.方波激励可以获得水吸收光谱信号丰富的时域和频域响应信息,故常被用来作为水分传感器的激励源.针对待测样品的不平整度、提离效应及噪声等因素严重影响水分含量的时域特征量的问题,提出了一种基于方波激励的近红外吸收信号频谱分析的中药水分传感器.首先,利用中心波长为1450 nm的L ED作为水吸收光谱信号的光源,并采用快速傅里叶变换获得水直接吸收光谱信号的频谱特征量.其次,分析和优化了激励方波信号参数,优化结果表明,当方波激励源的频率、幅值及占空比三个参数分别为100 Hz,1500 mV及50％ 时,水的吸收光谱信号最好.最后,制备了8组用于标定的肚痛丸样品和4组用于验证的肚痛丸样品,在优化激励方波参数基础上,建立了肚痛丸水分含量与奇次谐波信号幅度之间的线性关系.标定与验证实验结果表明,谐波分量中基频分量(100 Hz)和三次谐波分量(300 Hz)的幅值与肚痛丸的水分含量的线性相关系数r值分别为0.992和0.993,平均后的最小误差为1.0％,最大误差小于6.5％.该水分传感器把方波作为激励源,利用小波滤波算法对水吸收光谱信号进行去噪,并采用快速傅里叶变换算法将光谱吸收信号转换到频域后进行特征量提取,具有精度高、适用性强、实时在线测量等优点,在中药制药质量控制和过程分析中具有广阔的应用前景.

关键词：中药水分测量、近红外LED、吸收光谱、方波激励、频谱分析

所属期刊栏目：40

分类号：O433(光学)

资助基金：国家自然科学基金项目;山西省重点研发计划;山西省重点学科建设经费和山西省"1331工程"重点创新团队建设计划;江西中医药大学现代中药制剂教育部重点实验室开放基金项目;江西省中药一流学科专项科研基金项目;山西省高等学校优秀青年学术带头人2018;山西科技厅青年科技研究基金项目

在线出版日期：2020-05-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：1656-1660