液滴分析技術是隨著人們對可持續發展戰略和保護生態環境的重視而逐步發展起來的，它是指在一定測試系統條件下，在被測液體形成液滴的過程中，采用各種手段對被測液滴實施監測，以獲得有關該被測液體的物理、化學特性參數，對液體進行定性和量化識別的技術。本書全面總結了液滴分析技術的背景、定義、特點、發展歷程及各種液滴分析方法的原理和優缺點；詳細闡述了液滴分析儀器的工作原理和系統組成，包括液滴傳感器、信號處理電路、程控微量供液系統和人機交互平臺；系統深入地分析了液滴指紋圖的歸一化處理方法和特征提取方法，涉及波形分析法、相關比較法、信號變換法和多項式回歸法，并通過分辨靈敏度定量地描述特征參數對液滴指紋圖變化的反應能力；重點介紹了液體模式識別方法，包括基于液滴指紋圖圖形、特征向量和特征值三種方法，通過典型樣品的識別實驗，驗證了各種特征提取方法和識別方法的有效性及適用的液體分布范圍。

目錄


第1章液滴分析技術1

1.1液滴分析技術的定義和特點1

1.2液滴分析技術的發展2

1.2.1液滴體積分析方法2

1.2.2光纖液滴分析方法2

1.2.3電容液滴分析方法4

1.2.4光纖、電容液滴分析方法5

1.2.5圖像液滴分析方法6

1.2.6光譜液滴分析方法8

1.3液滴分析技術的意義和價值12

1.4液滴分析系統的設計13

第2章液滴分析儀16

2.1液滴分析儀的工作原理16

2.2液滴分析儀的組成17

2.2.1液滴傳感器18

2.2.2信號處理電路20

2.2.3程控微量供液系統21

2.2.4人機交互平臺22

2.3液滴傳感器的改進設計23

2.4供液系統的改進設計28

2.5基于液滴分析儀的樣品測試實驗30

2.5.1實驗目的30

2.5.2實驗樣品的選擇31

2.5.3實驗信號曲線及其定性分析31

2.6本章小結33

第3章液滴指紋圖的濾波處理34

3.1液滴指紋圖的噪聲34

3.2數字濾波器35

3.2.1概述35

3.2.2線性相位濾波36

3.2.3零相位濾波36

3.3液滴指紋圖的頻譜特性37

3.4液滴指紋圖的低通濾波處理39

3.4.1低通數字濾波器39

3.4.2IIR濾波處理40

3.4.3FIR濾波處理43

3.4.4信噪比分析45

3.4.5濾波器的選擇45

3.5本章小結46

第4章液滴指紋圖的歸一化處理47

4.1歸一化處理的必要性和重要性47

4.1.1液滴指紋圖的唯一性和可比性47

4.1.2原始液滴指紋圖在數據形式上不具有可比性47

4.1.3歸一化處理的目的48

4.2歸一化處理的方法和算法50

4.2.1判斷液滴分離點50

4.2.2線性插值計算每一滴液滴內的歸一化數據53

4.2.3多個液滴周期取平均54

4.3實驗分析與討論54

4.3.1歸一化使不同液體的指紋圖具有可比性54

4.3.2基于時間的液滴指紋圖和基于體積的液滴指紋圖56

4.3.3供液速度對液滴指紋圖的影響57

4.4歸一化處理的程序設計58

4.5本章小結62

第5章基于波形分析的液滴指紋圖的特征提取63

5.1液滴指紋圖特征提取的基本思路63

5.2波形分析方法的原理和波形參數的定義63

5.3液滴指紋圖峰谷位置的確定65

5.4波形分析法的程序設計66

5.5“波形分析法”提取液滴指紋圖的特征參數67

5.5.1典型樣品的波形參數比較分析67

5.5.2以波形參數構建液滴指紋圖的特征向量69

5.6本章小結71

第6章基于相關比較的液滴指紋圖的特征提取72

6.1相關系數的定義72

6.2相關比較法的程序設計73

6.3樣品的相關系數分析75

6.3.1光纖信號的相關系數75

6.3.2電容信號的相關系數76

6.4“相關比較法”提取液滴指紋圖的特征參數77

6.4.1“串聯法”構建液滴指紋圖的特征向量77

6.4.2“并聯法”構建液滴指紋圖的特征向量78

6.5本章小結78

第7章基于數據壓縮技術的液滴指紋圖的特征提取79

7.1信號空間和正交變換簡介79

7.2“KL變換法”提取光纖信號的特征參數80

7.2.1主成分分析的原理81

7.2.2主成分分析的特點84

7.2.3光纖信號的主成分分析（KL變換）86

7.2.4以光纖信號的主成分構建特征向量86

7.3“DCT變換法”提取光纖信號的特征參數88

7.3.1離散余弦變換（DCT）88

7.3.2離散正弦變換（DST）89

7.3.3正弦變換家族90

7.3.4光纖信號的DCT變換及信號重建91

7.3.5光纖信號的DST變換及信號重建93

7.3.6以光纖信號的DCT變換系數構建特征向量94

7.4信號變換的程序設計94

7.5“線性回歸法”提取電容信號的特征參數95

7.5.1最小二乘法一元線性回歸96

7.5.2回歸直線方程的顯著性檢驗97

7.5.3以電容信號的線性回歸參數構建特征向量99

7.6本章小結102

第8章基于多項式回歸的液滴指紋圖的特征提取103

8.1多項式回歸103

8.1.1回歸分析概述103

8.1.2最小二乘法多項式回歸104

8.1.3多項式回歸中的標準化處理105

8.2“多項式回歸法”提取液滴指紋圖的特征參數106

8.2.1構建特征向量的方法106

8.2.2康師傅純凈水的多項式回歸分析106

8.2.3北京二鍋頭白酒的多項式回歸分析107

8.2.4以10階多項式回歸系數構建液滴指紋圖的特征向量108

8.3多項式回歸法的程序設計109

8.4本章小結112

第9章液滴指紋圖特征參數的分辨靈敏度113

9.1分辨靈敏度的定義和計算方法113

9.2分辨靈敏度計算時的參數設置115

9.2.1隨機曲線數目的確定115

9.2.2液滴指紋圖變化的相對誤差的標準差的確定118

9.3平均靈敏度和綜合靈敏度123

9.4各特征提取方法的靈敏度分析124

9.4.1波形分析法的靈敏度125

9.4.2相關比較法的靈敏度127

9.4.3數據壓縮法的靈敏度128

9.4.4多項式回歸法的靈敏度128

9.5本章小結128

第10章液滴指紋圖用于液體真偽識別的方法130

10.1模式識別概述130

10.1.1模式識別的定義和主要方法130

10.1.2距離函數132

10.1.3液體模式識別的問題133

10.2液體判定的方法133

10.3基于液滴指紋圖圖形的識別方法136

10.3.1原理和判定依據136

10.3.2閾值和判定條件137

10.3.3判定區域138

10.4基于液滴指紋圖特征向量的識別方法139

10.4.1原理和判定依據139

10.4.2閾值、判定條件和判定區域141

10.5基于液滴指紋圖特征值的識別方法142

10.5.1原理和判定依據142

10.5.2閾值和判定條件142

10.5.3基于多個特征值的綜合識別143

10.6液體指紋圖的分散性實驗及閾值的建立143

10.6.1實驗方法143

10.6.2測量不確定度實驗144

10.6.3不同參考液體的閾值的建立152

10.7本章小結155

第11章液體識別的實例分析156

11.1識別方法的有效性檢驗156

11.1.1研究目的和研究方法156

11.1.2識別效果157

11.1.3討論分析159

11.2液體的真偽識別161

11.2.1研究方法161

11.2.2實例分析1：七喜汽水與雪碧161

11.2.3實例分析2：樂百氏純凈水與康師傅純凈水、娃哈哈純凈水162

11.2.4實例分析3：自來水與康師傅純凈水、娃哈哈純凈水163

11.2.5實例分析4：家樂醬油與特思特醬油164

11.2.6實例分析5：五糧液白酒與北京二鍋頭白酒164

11.2.7實例分析6：摻水的北京二鍋頭白酒165

11.2.8總結分析166

11.3本章小結166

第12章液滴分析技術展望167

參考文獻171

附錄1液體樣品資料175

附錄2波形分析法提取液滴指紋圖的特征參數176

附錄3相關比較法提取液滴指紋圖的特征參數178

附錄4KL變換法提取液滴指紋圖光纖信號的特征參數182

附錄5DCT變換法提取液滴指紋圖光纖信號的特征參數184

附錄6線性回歸法提取液滴指紋圖電容信號的特征參數186

附錄7多項式回歸法提取液滴指紋圖的特征參數188

附錄8“康師傅純凈水”的分散性實驗數據190

附錄9參考液體的判定閾值194

附錄10已知液體數據庫的識別檢驗196

附錄11液體的真偽識別實驗數據198