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原文传递一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法

专利名称：	一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法
摘要：	本发明涉及激光诱导击穿光谱技术领域，尤其是指一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其包括以下步骤：通过光纤光谱仪采集金属样品的光谱，得到光谱数据；通过控制变量优化实验条件，得到最佳实验条件下的光谱数据；在最佳实验条件下，通过对200‑500纳米波长的光谱数据进行预处理；通过预测模型对经过预处理后的光谱数据进行预测，得到金属中各元素的含量结果。本发明在优化完实验条件下，对激光功率、移动速度和平均次数进行优化，再使用预处理方法减少光谱数据噪声，剔除无关物质成分对待分析元素的影响，使本发明可以获得更加稳定、可靠的分析结果，明显提高金属元素含量的检测精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	东莞理工学院
发明人：	何小勇;姚杰奇
专利状态：	有效
申请日期：	2022-10-31T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-23T00:00:00+0800
申请号：	CN202211347077.7
公开号：	CN115508336A
代理机构：	东莞市华南专利商标事务所有限公司
代理人：	黄焯辉
分类号：	G01N21/71;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/71
申请人地址：	523000 广东省东莞市松山湖科技产业园区大学路1号
主权项：	1.一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、通过光纤光谱仪采集金属样品的光谱，得到光谱数据； S2、通过控制变量优化实验条件，得到最佳实验条件下的光谱数据； S3、在最佳实验条件下，通过对200-500纳米波长的光谱数据进行预处理； S4、通过预测模型对经过步骤S3预处理后的光谱数据进行预测，得到金属中各元素的含量结果。 2.根据权利要求1所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述控制变量包括移动速度、激光功率和平均次数。 3.根据权利要求2所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S2中，当需要优化移动速度时，保持LIBS激光功率为1.5W，CCD积分时间为5ms，调节移动速度为1-6mm/s，进行至少500次重复实验测量，获得光谱数据。 4.根据权利要求2所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S2中，当需要优化激光功率时，分别采用0.3w、0.5w、0.8w、1w和1.5w的激光功率下，对Mg I 285.21nm、Cu I 324.75nm、Mn I 403.44nm和Cr I 428.97nm四种原子线分别进行实验测量，其中，移动速度固定为5mm/s，CCD积分时间为5ms，进行至少500次重复实验测量，获得光谱数据。 5.根据权利要求2所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S2中，当需要优化平均次数时，对Mg I 285.21nm、Cu I 324.75nm、Mn I403.44nm和Cr I 428.97nm四种原子线分别进行实验测量，其中，激光功率为1.5W，CCD积分时间为5ms，平均次数分别选择1、10、50、100、200、300、500和1000，然后再分别进行10次重复测量，并通过这10次重复测量相对标准偏差值来判断精密度，获得光谱数据。 6.根据权利要求1所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于，所述步骤S3中采用SG平滑算法对光谱数据进行预处理，SG平滑算法为：以n＝0为中心的2M+1个数据，采用公式：进行拟合；其最小二乘拟合的残差为：利用卷积运算来求取拟合多项式的常数项，即对输入数据进行加权平均：对上式求偏导数,化简后可得：式中，i＝0，1，…N；令A＝{ani},ani＝ni,-M≤n≤M,0≤i≤N,B＝AT·A,则于是Ba＝AT·Aa＝AT，a＝(ATA)-1·AT，H即为所求卷积系数。 7.根据权利要求1所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于，所述步骤S3中采用SG平滑算法对光谱数据进行预处理，SG平滑算法为：通过取点χi附件固定个数的点拟合一个多项式，多项式在χi的值，即给出了它的光滑数值gi(gi∈G)；用nl表示χi左边点的个数，用nr表示χi右边点的个数，pi(χ)表示相对于点χi的一个M次多项式，用它在最小二乘意义下拟合nl+nr+1个点；因此：假设横坐标χi具有χi+1-χi≡Δx的均匀间距，设实测数据为yi，为了使用pi(χ)拟合测试数据，定义系数bk，使得该式为： 8.根据权利要求1所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S3中采用中值滤波算法对光谱数据进行预处理。