一種全譜直讀光譜儀的實時校正方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全譜式直讀光譜采用的光譜位置校正方法，尤其涉及一種全譜直讀光譜儀的實時校正方法，包括如下步驟：1)根據(jù)需求對全譜直讀光譜儀進行數(shù)據(jù)定制；2)根據(jù)不同的分析階段建立分析曲線，保存數(shù)據(jù)，所述分析階段包括第一分析階段以及其他分析階段；3)對全譜直讀光譜儀進行現(xiàn)場準備；4)使用全譜直讀光譜儀對樣品進行分析。全譜直讀光譜儀使用時不需要進入專門的軟件功能模塊進行校正操作，簡化全譜直讀光譜儀的使用。全譜直讀光譜儀光室不需要進行恒溫，在室溫條件下，全譜直讀光譜儀可以正常使用，從而極大的方便全譜直讀光譜儀的使用。
【專利說明】一種全譜直讀光譜儀的實時校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全譜式直讀光譜采用的光譜位置校正方法，尤其涉及一種全譜直 讀光譜儀的實時校正方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 直讀光譜儀是一種精密的光學儀器，其光學結(jié)構(gòu)置于密封的光室內(nèi)部，在儀器的 使用過程中激發(fā)樣品產(chǎn)生的光信號進入光室，通過光學結(jié)構(gòu)投射到線陣傳感器上轉(zhuǎn)換為電 信號，然后通過電子模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲在單片機中，運行在電腦上的分析軟件從單 片機中讀取數(shù)字信號，進行分析和計算，得到樣品中各個化學元素的含量。
[0003] 依據(jù)探測器，直讀光譜儀可以分為通道式和全譜式兩種，通道式直讀光譜儀采用 光電倍增光管PMT為探測器，每個光電倍增光管PMT對應(yīng)于一個通道，測量一個分析元素； 全譜式直讀光譜儀采用電荷耦合原件CCD作為探測器，電荷耦合原件CCD是一種線陣探測 器，每片電荷耦合原件CCD可以采集一定范圍的光譜信號，可以測量多個分析元素。
[0004] 全譜直讀光譜儀采用線陣探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。在全譜直讀光譜儀的使 用過程中，光室溫度和真空度的變化會影響光路結(jié)構(gòu)，造成光譜與線陣探測器相對位置的 微小變化，表現(xiàn)為特定波長對應(yīng)于線陣探測器上的像素發(fā)生偏移，即光譜位置變化。
[0005] 目前，全譜式直讀光譜儀采用的光譜位置校正方法是光譜匹配法，其操作過程是： 在光譜儀進行定標完成后，進入光譜校正軟件模塊，設(shè)定激發(fā)參數(shù)，激發(fā)光譜校正樣，設(shè)定 采集的光譜為參考光譜REFS，在儀器使用過程中，每隔一段時間或者進行光學透鏡的清理 維護后，進入光譜校正軟件模塊，激發(fā)光譜校正樣，采集的光譜記為當前光譜CURS，第η片 (XD的參考光譜和當前光譜進行匹配分別記為REFS_n和⑶RS_n，以像素為步長平移⑶RS_ η,記第k次平移為⑶RS_n_k, 計算⑶RS_n_k與REFS_n的相關(guān)系數(shù)，如果k的范圍是-L〈=k〈=L，則可以得到2L+1個 相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)的最大值點，即代表該片CCD光譜發(fā)生的偏移，計算譜線位置的時候， 添加該偏移量即可得到真實的譜線位置。
[0006] 光譜匹配法的執(zhí)行是通過單獨的軟件模塊進行，兩次操作之間通常會間隔一段時 間，這段時間內(nèi)要求光學系統(tǒng)恒溫和光室真空度穩(wěn)定。如果在兩次光譜位置校正執(zhí)行的間 隔時間內(nèi)，光學系統(tǒng)的溫度或者真空發(fā)生波動，光譜位置偏移造成的數(shù)據(jù)變化則無法自動 消除。特別是當光室溫度因掉電等原因發(fā)生變化時，光室重新到達設(shè)定溫度并穩(wěn)定，需要較 長時間，溫度變化必然帶來譜線偏移，分析數(shù)據(jù)波動，其結(jié)果是用戶需要等待較長時間，儀 器重新穩(wěn)定后進行校正，然后進行分析。對于爐前應(yīng)用等使用環(huán)境來說，非常不方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了減小因光室溫度和真空度變化對全譜式直讀光 譜儀的分析數(shù)據(jù)的影響，本發(fā)明提供一種一種全譜直讀光譜儀的實時校正方法來解決上述 問題。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種全譜直讀光譜儀的實時校正方 法，所述全譜直讀光譜儀的實時校正方法包括如下步驟： 1) 根據(jù)需求對全譜直讀光譜儀進行數(shù)據(jù)定制，所述數(shù)據(jù)定制包括： 1. 1)對全譜直讀光譜儀進行定標操作； 1. 2)在光譜校正模塊中設(shè)定激發(fā)參數(shù)，激發(fā)光譜校正樣，將采集到的光譜設(shè)定為參考 光譜REFS，設(shè)定光譜匹配參數(shù)并保存數(shù)據(jù)； 2) 根據(jù)不同的分析階段建立分析曲線，保存數(shù)據(jù)，所述分析階段包括第一分析階段以 及其他分析階段； 3) 對全譜直讀光譜儀進行現(xiàn)場準備，所述現(xiàn)場準備包括： 3. 1)當全譜直讀光譜儀到達使用現(xiàn)場后對所述全譜直讀光譜儀進行安裝上電； 3. 2)開啟全譜直讀光譜儀，等待光譜儀光室的真空度到達設(shè)定值； 4) 使用全譜直讀光譜儀對樣品進行分析，包括： 4.1)調(diào)用分析曲線，激發(fā)樣品； 4. 2)采集光譜； 4. 3)第一分析階段光譜與參考光譜REFS進行匹配，計算探測器位置偏移，對每塊電 荷耦合原件CCD對應(yīng)的光譜進行匹配，計算出光譜位置校正多項式，第η塊CCD對應(yīng)的校正 多項式記為P〇L_n，其中電荷耦合原件CCD作為全譜式直讀光譜儀的探測器，電荷耦合原件 CCD是一種線陣探測器，每片電荷耦合原件CCD可以采集光譜信號，可以測量分析元素； 4. 4)根據(jù)波長和定標映射表獲取譜線位置，帶入相應(yīng)的位置校正多項式P0L_n，計算 得到譜線當前的正確位置； 4. 5)對譜線峰值進行積分，得到譜線強度，帶入分析曲線，并經(jīng)過干擾校正操作，計算 得到元素的含量。
[0009] 進一步的，所述步驟2)中，第一分析階段設(shè)定激發(fā)參數(shù)與光譜校正模塊中的激發(fā) 參數(shù)相同，其余分析階段的激發(fā)參數(shù)根據(jù)要求進行設(shè)定。
[0010] 為了提高計算效率，所述步驟4. 3)中，P0L_n的計算方法為將第η塊電荷耦合原件 C⑶對應(yīng)的光譜按照固定寬度w進行分段，段數(shù)記為Κ，執(zhí)行匹配操作時，逐段進行，可以得 到Κ個匹配位置，第ρ個位置記為（x_p, y_p), χ_ρ為參考光譜上的第ρ段的中心位置，y_p 為當前光譜上的第P段的中心位置，K個匹配位置進行最小二乘擬合，得到y(tǒng)=f(x)，該多項 式即是P0L_n。 toon] 本發(fā)明的有益效果是，全譜直讀光譜儀每次測量都可以進行光譜位置校正，由于 全譜直讀光譜儀分析樣品的時間通常在20到40秒之間，進行譜線位置校正所花費時間通 常小于2秒，因此實時校正不會對全譜直讀光譜儀的使用帶來明顯影響，可以有效的消除 溫度等環(huán)境因素變化對光譜儀的影響，提升使用的方便性和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。使用時不需要 進入專門的軟件功能模塊進行校正操作，簡化全譜直讀光譜儀的使用。全譜直讀光譜儀光 室不需要進行恒溫，在室溫條件下，全譜直讀光譜儀可以正常使用，從而極大的方便全譜直 讀光譜儀的使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0013] 圖1是本發(fā)明全譜直讀光譜儀實時校正方法的操作流程圖。

【具體實施方式】
[0014] 現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以 示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明一種全譜直讀光譜儀的實時校正方法，所述全譜直讀光譜儀 的實時校正方法包括如下步驟： 1) 根據(jù)需求對全譜直讀光譜儀進行數(shù)據(jù)定制，所述數(shù)據(jù)定制包括： 1. 1)對全譜直讀光譜儀進行定標操作； 1. 2)在光譜校正模塊中設(shè)定激發(fā)參數(shù)，激發(fā)光譜校正樣，將采集到的光譜設(shè)定為參考 光譜REFS，設(shè)定光譜匹配參數(shù)并保存數(shù)據(jù)； 2) 根據(jù)不同的分析階段建立分析曲線，保存數(shù)據(jù)，所述分析階段包括第一分析階段以 及其他分析階段； 3) 對全譜直讀光譜儀進行現(xiàn)場準備，所述現(xiàn)場準備包括： 3. 1)當全譜直讀光譜儀到達使用現(xiàn)場后對所述全譜直讀光譜儀進行安裝上電； 3. 2)開啟全譜直讀光譜儀，等待光譜儀光室的真空度到達設(shè)定值； 4) 使用全譜直讀光譜儀對樣品進行分析，包括： 4.1)調(diào)用分析曲線，激發(fā)樣品； 4. 2)采集光譜； 4. 3)第一分析階段光譜與參考光譜REFS進行匹配，計算探測器位置偏移，對每塊電 荷耦合原件CCD對應(yīng)的光譜進行匹配，計算出光譜位置校正多項式，第η塊CCD對應(yīng)的校正 多項式記為P〇L_n，其中電荷耦合原件CCD作為全譜式直讀光譜儀的探測器，電荷耦合原件 CCD是一種線陣探測器，每片電荷耦合原件CCD可以采集光譜信號，可以測量分析元素； 4. 4)根據(jù)波長和定標映射表獲取譜線位置，帶入相應(yīng)的位置校正多項式P0L_n，計算 得到譜線當前的正確位置； 4. 5)對譜線峰值進行積分，得到譜線強度，帶入分析曲線，并經(jīng)過干擾校正操作，計算 得到元素的含量。
[0016] 進一步的，所述步驟2)中，第一分析階段設(shè)定激發(fā)參數(shù)與光譜校正模塊中的激發(fā) 參數(shù)相同，其余分析階段的激發(fā)參數(shù)根據(jù)要求進行設(shè)定。
[0017] 為了提高計算效率，所述步驟4. 3)中，P0L_n的計算方法為將第η塊電荷耦合原件 C⑶對應(yīng)的光譜按照固定寬度w進行分段，段數(shù)記為Κ，執(zhí)行匹配操作時，逐段進行，可以得 到Κ個匹配位置，第ρ個位置記為（x_p, y_p), χ_ρ為參考光譜上的第ρ段的中心位置，y_p 為當前光譜上的第P段的中心位置，K個匹配位置進行最小二乘擬合，得到y(tǒng)=f(x)，該多項 式即是P0L_n。
[0018] 全譜直讀光譜儀分析樣品的時間在20到40秒之間，進行譜線位置校正所花費時 間小于2秒，因此實時校正不會對光譜儀的使用帶來明顯影響，可以有效的消除溫度等環(huán) 境因素變化對光譜儀的影響，提升使用的方便性和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。
[0019] 以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完 全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù) 性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種全譜直讀光譜儀的實時校正方法，其特征在于：所述全譜直讀光譜儀的實時校 正方法包括如下步驟： 1) 根據(jù)需求對全譜直讀光譜儀進行數(shù)據(jù)定制，所述數(shù)據(jù)定制包括： 1. 1)對全譜直讀光譜儀進行定標操作； 1. 2)在光譜校正模塊中設(shè)定激發(fā)參數(shù)，激發(fā)光譜校正樣，將采集到的光譜設(shè)定為參考 光譜REFS，設(shè)定光譜匹配參數(shù)并保存數(shù)據(jù)； 2) 根據(jù)不同的分析階段建立分析曲線，保存數(shù)據(jù)，所述分析階段包括第一分析階段以 及其他分析階段； 3) 對全譜直讀光譜儀進行現(xiàn)場準備，所述現(xiàn)場準備包括： 3. 1)當全譜直讀光譜儀到達使用現(xiàn)場后對所述全譜直讀光譜儀進行安裝上電； 3. 2)開啟全譜直讀光譜儀，等待光譜儀光室的真空度到達設(shè)定值； 4) 使用全譜直讀光譜儀對樣品進行分析，包括： 4.1)調(diào)用分析曲線，激發(fā)樣品； 4. 2)采集光譜； 4. 3)第一分析階段光譜與參考光譜REFS進行匹配，計算探測器位置偏移，對每塊電荷 耦合原件CCD對應(yīng)的光譜進行匹配，計算出光譜位置校正多項式，第η塊CCD對應(yīng)的校正 多項式記為P〇L_n，其中電荷耦合原件CCD作為全譜式直讀光譜儀的探測器，電荷耦合原件 CCD是一種線陣探測器，每片電荷耦合原件CCD可以采集光譜信號，可以測量分析元素； 4. 4)根據(jù)波長和定標映射表獲取譜線位置，帶入相應(yīng)的位置校正多項式POL_n，計算得 到譜線當前的正確位置； 4. 5)對譜線峰值進行積分，得到譜線強度，帶入分析曲線，并經(jīng)過干擾校正操作，計算 得到元素的含量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全譜直讀光譜儀的實時校正方法，其特征在于：所述步驟2) 中，第一分析階段設(shè)定激發(fā)參數(shù)與光譜校正模塊中的激發(fā)參數(shù)相同，其余分析階段的激發(fā) 參數(shù)根據(jù)要求進行設(shè)定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全譜直讀光譜儀的實時校正方法，其特征在于：所述步驟 4. 3)中，POL_n的計算方法為將第η塊電荷耦合原件CCD對應(yīng)的光譜按照固定寬度w進行 分段，段數(shù)記為Κ，執(zhí)行匹配操作時，逐段進行，可以得到Κ個匹配位置，第ρ個位置記為（χ_ p, y_p), χ_ρ為參考光譜上的第ρ段的中心位置，y_p為當前光譜上的第ρ段的中心位置,Κ 個匹配位置進行最小二乘擬合，得到y(tǒng)=f(x)，該多項式即是P〇L_n。
【文檔編號】G01N21/25GK104122211SQ201410396180
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】袁海軍, 馬建州, 廖波, 顧德安 申請人:無錫創(chuàng)想分析儀器有限公司