[发明专利]一种全谱式直读光谱仪的异常光谱剔除方法

说明书

本发明涉及一种全谱式直读光谱仪的异常光谱剔除方法，用于单基体材料的分析，包括：光谱仪标定操作，设定各个探测器监控像素，各个监控像素的光强值组成监控光强，设定位置校正参考光谱，异常光谱剔除操作。本发明的方法能够剔除异常光谱对应的数据，提高分析数据的重复性和准确性。

技术领域

本发明涉及全谱式直读光谱仪的数据采集技术领域，尤其是一种全谱式直读光谱仪的异常光谱剔除方法。

背景技术

直读光谱仪是一种精密的光学仪器，其光学结构置于密封的光室内部，在仪器的使用过程中激发样品产生的光信号进入光室，通过光学结构投射到线阵传感器上转换为电信号，然后通过电子模块转换为数字信号存储在单片机中，运行在电脑上的分析软件从单片机中读取数字信号，进行分析和计算，得到样品中各个化学元素的含量。

直读光谱仪依据探测器可以分为通道式和全谱式两种。通道式直读光谱仪采用光电倍增光管(PMT)作为探测器，每个PMT对应于一个通道，测量一个分析元素；全谱式直读光谱仪采用电荷耦合原件(CCD)作为探测器，CCD是一种线阵探测器，每片CCD可以采集一定范围的光谱信号，可以测量多个分析元素。

全谱式直读光谱仪的工作过程是：电极与分析样品表面之间产生高压放电，进入光室后经过分光系统产生光谱，落在线阵探测器上，线阵探测器将光信号转换为电信号，再经由A/D器件转换为数字信号，由单片机进行数据采集和预处理，然后通过以太网或者USB等数据传输方式传输给计算机，由计算机在进行后续的计算处理，换算为元素含量并显示在计算机屏幕或者打印成纸质报告。在其工作过程中，电极与分析样品表面之间进行放电产生光谱，则分析样品表面的平整度、洁净度、氩气环境的纯度等因素都会影响每次放电的效果，造成光谱的变化和波动，当分析样品表面存在杂质、气孔、裂纹，或者氩气纯度不均匀等情形时，必然产生异常光谱，如果这些异常光谱对应的数据不能有效剔除，则必然造成最终分析数据的重复性不好，甚至出现异常数据。

通道式直读光谱仪剔除异常光谱的过程是：在分析过程中，通常持续N秒，放电频率为M，则总共放电次数为K＝N*M，分组火花个数是L(每L放电，采集一次数据)，则单次分析过程中，每个通道可以采集到P＝K/L个光强值，将这个P个光强值进行排序，两端的小部分数值，判定是异常值，直接剔除后，将中间部分数据取平均，作为该通道当次分析的光强。至于两端要剔除数据的个数，则可以根据实验结果确定。该方法可以有效的提高分析数据的重复性。

通道式直读光谱仪剔除异常光谱的方法能够实现是因为数据量较小，简单估算，假设分析3秒，放电频率400Hz，分组火花是5个，则每个通道单次分析的光强值个数是240个，如果分析通道是20个，总共才4800个数据，对于现代的单片机和计算机，毫无难度。但是对于全谱式直读光谱仪，则不适用，全谱式直读光谱仪单次分析的光谱数据，如果每组火花对应的光谱都要保存下来，通常达到几十兆，对于FPGA或者普通单片机而言，存储和预处理都是有一定难度的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种全谱式直读光谱仪的异常光谱剔除方法，能够剔除异常光谱对应的数据，提高分析数据的重复性和准确性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

1.本发明一种全谱式直读光谱仪的异常光谱剔除方法，用于单基体材料的分析，包括以下步骤：包括以下步骤：

(1)光谱仪标定操作：在光谱仪标定过程中，激发样品后，多次采集光谱，平均后作为当次分析的光谱，用于标定；

(2)光谱仪的各个探测器设定3-5个像素位置，作为监控像素；

(3)将监控像素的光强值记录下来，组成一组向量，作为剔除异常光谱的监控光强向量；

(4)设定位置校正参考光谱；