在線智能光譜檢測——應(yīng)用背景：

     在傳統(tǒng)的精細化工、制藥、材料行業(yè)普遍存在同批次、不同時間段或者不同批次之間，質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。當前國內(nèi)的企業(yè)對于檢測環(huán)節(jié)，基本采用的是離線檢測方式，按照取樣計劃進行取樣檢驗，響應(yīng)速度慢，大多數(shù)場景是在做事后處理；對于大多數(shù)在反應(yīng)釜內(nèi)部進行的反應(yīng)過程，無法直接獲取當前反應(yīng)完成情況，只能根據(jù)反應(yīng)特點，借助溫度、壓力、反應(yīng)時間等參數(shù)大致判斷釜內(nèi)情況；在生產(chǎn)中常用的催化劑、半成品或某些小料，由于放置時間過長、保存方式不當?shù)仍颍淅砘再|(zhì)可能會發(fā)生一定程度的變化，導致最終產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊。用戶急需一套低成本、易安裝、能在線檢測、檢測速度快的方案，在生產(chǎn)過程中能夠提前或者及時對產(chǎn)品問題做出快速響應(yīng)，并且通過當前主流的AI人工智能技術(shù)將大量數(shù)據(jù)加以利用、學習，輔助生產(chǎn)過程中的決策。

 

在線智能光譜檢測——含義：

 

     光譜就是光在不同波長處的強度分布曲線。紅外光譜儀是利用物質(zhì)對不同波長的紅外輻射的吸收特性，進行分子結(jié)構(gòu)和化學組成分析的儀器。光譜在線檢測是一種利用光學方法檢測某種物質(zhì)光譜特征的技術(shù)。其工作原理是通過采集并分析物質(zhì)的反射、吸收或發(fā)射光譜，來定量或定性檢測該物質(zhì)及其變化特征。

     國工智能在線智能光譜檢測儀就是利用物質(zhì)對不同波長的輻射（紫外——近紅外）的吸收特性，進行分子結(jié)構(gòu)和化學組成的分析而產(chǎn)生的強度分布曲線，隨著橫坐標波長的變化，不同波長對應(yīng)的光強度也隨之變化。

     以在線智能光譜儀采集數(shù)據(jù)為前提，數(shù)據(jù)大腦平臺為依托，“在線智能光譜檢測系統(tǒng)”通過當前主流AI人工智能技術(shù)在線將采集到的大量數(shù)據(jù)機器學習、訓練模型，模型對生產(chǎn)材料進行在線檢測，檢測結(jié)果可以輔助生產(chǎn)過程的決策，在品質(zhì)監(jiān)控以及原料投放方面起到了重要作用。光譜傳感器的光源波段覆蓋紫外到近紅外區(qū)域。

     產(chǎn)品分為隔爆\普通型液體在線光譜和插入式（儀表式）在線檢測，同時還配置了自動清洗裝置、傳送裝置及快插安裝結(jié)構(gòu)，方便取樣及清洗過程的順利進行，保障產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集的準確性。采用國工智能硬件采集設(shè)備對目標產(chǎn)品進行取樣，用戶化工防爆現(xiàn)場的在線采樣覆蓋紫外-近紅外，可接于管道，反應(yīng)釜容器，罐區(qū)，實驗室等，通過內(nèi)置PLC控制，可與產(chǎn)線控制系統(tǒng)如DCS進行聯(lián)動控制和數(shù)據(jù)互傳，同時整套系統(tǒng)會接入國工數(shù)據(jù)大腦，對產(chǎn)線中產(chǎn)品質(zhì)量進行實時監(jiān)控和決策分析。 

在線智能光譜檢測——功能：

 

     通過光譜對物質(zhì)進行檢測產(chǎn)生數(shù)據(jù)，上傳至數(shù)據(jù)大腦平臺，數(shù)據(jù)大腦將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析可以實現(xiàn)定量檢測、定性檢測、一致性分析三種功能。

應(yīng)用案例：

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    某客戶生產(chǎn)現(xiàn)場是將原料放置于反應(yīng)釜中進行反應(yīng)，在反應(yīng)釜進行反應(yīng)時，反應(yīng)釜中生成物的占比是判斷當前反應(yīng)進度的重要依據(jù)，以此來判斷下一步能否開始或者反應(yīng)是否完成。而客戶目前需要知道原料的反應(yīng)進度，必須經(jīng)過取樣、送樣、接收樣品、檢驗等一系列離線操作步驟，過程耗時耗力，且操作需要專業(yè)的工作人員于實驗室進行操作，一整套繁瑣的操作流程下來極大影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。

案例——客戶需求

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     一種可以及時檢測液體反應(yīng)進度，判斷反應(yīng)是否完成的能力。

案例——液體調(diào)配方案

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    我們首先制定了濃度為0.05%~3%的液體調(diào)配比例，檢測每一次加入液體A后的光譜差異變化，分析出加入液體后的反應(yīng)進度。

案例——分析過程：

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     稱30g粉末至容器中，取70ml蒸餾水，按照邊攪拌邊加水的方式將樣品攪拌均勻，作為基液。

1、先對基液進行檢測，采集數(shù)據(jù)，作為標準樣品

2、將樣品1——樣品8各采集21條數(shù)據(jù)

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數(shù)據(jù)分析：

     將每組采集到的21條數(shù)據(jù)進行查看，光譜圖顯示同組內(nèi)數(shù)據(jù)的波動率都在2%以內(nèi)，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定。如下圖

模型的訓練與應(yīng)用：

     將所采集到的每組數(shù)據(jù)取10條進行查看分析，選取線性關(guān)系較為合適的通道使用線性回歸的方式進行訓練模型，模型訓練成功后，取全部數(shù)據(jù)進行檢驗，以30000ppm和20000ppm兩組數(shù)據(jù)檢測結(jié)果為例，如下圖：

（1）30000ppm的驗證結(jié)果為29888.224ppm~30994.786ppm，誤差最大100ppm~1000ppm。

（2）20000ppm的驗證結(jié)果為19435.901ppm~21281.361ppm，誤差最大564.099ppm~1280ppm。

附加驗證：

    使用未知濃度（未經(jīng)過模型訓練的液體。配制12000ppm的和22000ppm）的液體進行檢測驗證，查看是否可以檢測出樣品的反應(yīng)進度。檢測結(jié)果如下：

1、采集12000ppm和22000ppm樣品數(shù)據(jù)進行驗證：

（1）12000ppm的驗證結(jié)果為11000ppm——15000ppm，誤差最大上下3000ppm，精度為1%。

（2）22000ppm的驗證結(jié)果為22000ppm——25000ppm以內(nèi)，誤差最大上下3000ppm，精度為1%。

案例——檢測結(jié)論

     在實驗室環(huán)境下使用定量的方式進行檢測驗證，針對此次原料的檢測，結(jié)果如下：

1、智能光譜在線檢測儀可以檢測出原料的反應(yīng)進度，反應(yīng)進度從0%~100%，在目前的實驗環(huán)境下可以達到的檢測精度為1%；在現(xiàn)場實際生產(chǎn)的環(huán)境下進行檢測時可以通過多維度檢測，針對原料自身的性質(zhì)分析，可以將其濃度、PH值等其他不同維度的參數(shù)放置與檢測的環(huán)節(jié)中進行補償，檢測結(jié)果的精度會更高。

2、未進行訓練濃度的液體，也可以預測其反應(yīng)進度。

     綜上所述，智能光譜在線檢測可以實現(xiàn)在線檢測反應(yīng)釜內(nèi)物質(zhì)的反應(yīng)進度這一需求，減少了取樣、送樣、接收樣品、實驗室離線檢測的次數(shù)，在線檢測速度快、響應(yīng)速度快，為客戶降低了時間成本、人力成本、實驗室維護成本，同時還提高了生產(chǎn)的效率；可以與現(xiàn)場PLC、DCS交互監(jiān)控，進而實現(xiàn)現(xiàn)場的反控；可以與MES、LIMS等系統(tǒng)進行聯(lián)動，為客戶做到了輔助生產(chǎn)過程的判斷與決策，在品質(zhì)監(jiān)控以及原料投放方面起到了重要作用。

 

在線智能光譜檢測儀——應(yīng)用

 

1、客戶場景：制藥、生物、石油化工、精細化工、環(huán)保、食品；

2、檢測對象：液體、粉體、固體、定性類別、相似度、含量濃度；

3、安裝場景：管道、反應(yīng)釜容器、罐區(qū)、實驗室、料槽、自動化設(shè)備等。