Journal of electromagnetic engineering and science
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제17권4호
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pp.186-190
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2017
Visible-near-infrared (VIS-NIR) spectroscopy is a fast and non-destructive method for analyzing materials. However, most commercial VIS-NIR spectrometers are inappropriate for use in various locations such as in homes or offices because of their size and cost. In this paper, we classified eight food powders using a portable VIS-NIR spectrometer with a wavelength range of 450-1,000 nm. We developed three machine learning models using the spectral data for the eight food powders. The proposed three machine learning models (random forest, k-nearest neighbors, and support vector machine) achieved an accuracy of 87%, 98%, and 100%, respectively. Our experimental results showed that the support vector machine model is the most suitable for classifying non-linear spectral data. We demonstrated the potential of material analysis using a portable VIS-NIR spectrometer.
In this study, the performance of a portable NIR system and a FT NIR spectrometer were compared to determine water content of hairless mouse skin. The stratum corneum parts wer e separated from the epidermal tissues by trypsin solution. NIR diffuse reflectance spectra of hairless mouse skin were acquired using a fiber optic probe. In the near infrared, water molecules show two clear absorption bands at 1450 nm from first overtone of O-H stretching and 1940 nm from the combination involving O-H stretching and O-H deformation. It was found that the variations of O-H absorption band according to water content. Partial least squares regression (PLSR) was applied to develop a calibration model. The PLS model showed a good correlation between NIR predicted value and the absolute water content of separated hairless mouse skin, in vitro. For both the portable and the FT NIR spectrometer, These studies showed the possibility of a rapid and nondestructive skin moisture measurement using NIR spectroscopy. The portable NIR spectrometer with a photodiode arrays-microsensor could be more rapidly applied for the determination of water content with comparable accuracy with the performance of a FT spectrometer .
In recent years, a miniature spectrometer has been extensively developed due to the combination of fiber optics and semiconductor detector arrays. This type of miniature spectrometer has advantages of low price and robustness because of the capability of mass production and no moving parts are required such as lenses, mirrors and scanning monochromator. In this study, for skin diagnostics, a portable near infrared (NIR) system has been developed using a LlGA microspectrometer, which is photo-diode arrays-type.(omitted)
In recent years, a miniature spectrometer has been extensively developed due to the marriage of fiber optics and semiconductor detector array. This type of miniature spectrometer has advantages of low price and robustness due to the capability of mass production and no moving parts are required such as lenses, mirrors and scanning monochromator. These systems are ideal for use in teaching labs, process monitoring and field analyses. A portable near infrared (NIR) system has been developed for qualitative and quantitative analysis. This system includes a tungsten halogen lamp for light source, a fiber optics connected a light source, and a sample module to the microspectrometer, The size of spectrometer can be as small as 2.5 cm x 1.5 cm x 0.1 cm. Wavelength ranges can be chosen as 360-800 nm, 800-1100 nm and 1100-1900 nm depending on the type of detector. The software consists of various tools for multivariate analysis and pattern recognition techniques. To evaluate the system, long and short-term stability, wavelength accuracy, and stray light have been investigated and compared with conventional scanning type NIR spectrometer. This developed system can be sufficiently used for quantitative and qualitative analysis for various samples such as agricultural product, herbal medicine, food, petroleum, and pharmaceuticals, etc.
The purpose of this research is to extract spectral reflectance characteristics of concretes through basic experiment on concrete specimens and site experiment on actual concrete structures using a field portable spectrometer and a VNIR hyperspectral sensor. A spectrometer (GER-3700) and a VNIR hyperspectral camera (AisaEagle VNIR Hyperspectral Camera) were utilized for extracting spectral characteristics of concrete specimens. Concretes normally show similar patterns that have correlation above 80%, while the high-strengthened concretes display very different results from the normal-strength concretes. We also made a certain conclusion in the laboratory experiment on concrete specimens that both the spectrometer and the VNIR camera vary in spectral reflectance depending on concrete strengths.
당두광상에서 산출되는 스카른 광물 및 섬아연석에 대한 분광분석을 실시하고 XRD 분석 및 편광현미경 관찰을 통해 휴대용 분광계를 이용한 스카른 광상 광물자원탐사에 있어서 효율성에 대해 고찰하였다. 그 결과, 단사휘석(회철휘석, 투휘석, 보통휘석), 석류석(회철석류석, 회반석류석), 녹렴석, 방해석, 녹니석 및 섬아연석이 산출됨을 확인하였으며, 단사휘석, 석류석, 녹렴석, 섬아연석의 경우 해당 광물의 단일표준분광정보와 매우 일치하는 반면, 녹니석은 방해석 및 단사휘석과 혼합된 형태의 분광특성이 나타난다. 분광특성분석과 XRD 분석 및 현미경관찰을 통한 교차검증 결과, 단사휘석, 석류석, 녹렴석의 경우 80% 이상의 일치성을 보인 반면, 섬아연석, 녹니석, 방해석의 경우 50% 이하의 일치성을 보인다. 따라서 휴대용 분광계를 이용한 스카른 광상 탐사 시 단사휘석, 석류석, 녹렴석의 정보제공에 효과적인 반면, 섬아연석, 녹니석, 방해석의 경우 부수적인 자료로 활용하는 것이 적절할 것으로 생각된다. 녹니석이나 방해석의 경우 효과적인 탐지를 위해서는 충분한 함량이 뒷받침되어야 할 것이다.
본 연구는 최근 조사료의 신속한 품질평가 방법으로 근적외선 분광법의 이용성이 확대되고 있는 시점에 근적외선 분광기의 현장 적용성을 평가하기 위하여 수행되었다. 실험실용 근적외선분광기와 소형 근적외선분광기의 조사료 품질평가의 예측 정확성을 평가하기 위하여 전남지역에서 이탈리안 라이그라스 사일리지 67점을 수집하여 각각의 근적외선 분광기를 이용하여 스펙트럼을 측정한 후 사료가치의 실험실 분석값과 다변량회귀분석을 통하여 검량식을 유도하여 예측 정확성을 평가하였다. 이탈리안 라이그라스 사일리지의 수분함량에 대한 예측정확성은 실험실용 근적외선분광기와 소형근적외선분광기에서 각각 SEC = 2.50% ($R^2$=0.96), SEC = 2.83% ($R^2$=0.95)로 매우 신뢰성이 우수한 결과를 나타내었으나 사일리지의 발효품질의 주요 평가항목인 pH와 젖산함량은 실험실용 근적외선분광기의 결과가 SEC = 0.21% ($R^2$=0.82), SEC = 0.24% ($R^2$=0.83)로 소형 근적외선분광기 보다 우수한 결과를 나타내었다. 또한 ADF, NDF 및 조단백질 함량은 실험실용 근적외선분광기의 예측 정확성이 각각 SEC = 0.59% ($R^2$=0.96), SEC = 0.74% ($R^2$=0.97), SEC = 0.67% ($R^2$=0.82)로 높게 나타났다.
In this study, portable near infrared (NIR) system was newly integrated with a photodiode array detector, which has no moving parts and this system has been successfully applied for evaluation of human skin moisture. The good correlation between NIR absorbance and absolute water content of separated hairless mouse skin was, in vitro, showed depending on the water content (7.42-84.94%) using this portable NIR system. Partial least squares (PLS) regression was used for the calibration with the 1100-1650 nm wavelength range. For the practical use for the evaluation of human skin based on moisture, PLS model for human skin moisture was, in vivo, developed using the portable NIR system based on the relative water content values of stratum corneum from the conventional capacitance method. The PLS model showed a good correlation. This study indicated that the portable NIR system could be a powerful tool for human skin moisture, which may be much more stable to environmental conditions such as temperature and humidity, compared to conventional methods. Furthermore, in order to confirm the performance of newly integrated portable NIR system, scanning type conventional NIR spectrometer was used in the same experiments and the results were compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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