[发明专利]一种适用于多模光纤下的表面等离子共振信号共振波长的计算方法

摘要

本发明属于SPR的信号处理领域，尤其涉及一种适用于多模光纤下的表面等离子共振信号共振波长的计算方法，选取SPR曲线数据段，选取Fourier级数拟合阶数，Levenberg‑Marquardt算法对Fourier级数拟合，在拟合得到的Fourier级数拟合曲线上进行一维极值搜索，确定共振波长的位置，通过对选取的SPR数据段按照某一拟合阶次进行Fourier级数拟合后，可以知道整个拟合表达式，再通过一维极值搜索便可以计算共振波长。本发明的有益效果：有效提高数据处理的精度和灵敏度，加快了处理时间，为实时动态检测提供基础。

主权项

1.一种适用于多模光纤下的表面等离子共振信号共振波长的计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：选取SPR曲线数据段；选取SPR曲线数据段的标准：由于光源采用的是卤钨灯光源，光源强度主要集中于一段波长范围内，信号采集的模块是CCD线阵，CCD的采集范围可能超过光强集中的范围，主要选取光源强度集中的波长范围内的SPR曲线数据；步骤2：选取Fourier级数的拟合阶数；选取Fourier级数拟合阶数标准：以均方根误差(root mean squared error,RMSE)和拟合优度(R‑square)为选取标准，在兼顾拟合效果的前提下，尽量选择较低的阶数；步骤3：应用Levenberg‑Marquardt算法对Fourier级数拟合；Levenberg‑Marquardt算法对Fourier级数拟合的确定：Levenberg‑Marquardt算法集合了最速下降法与高斯‑牛顿法的优点，在最速下降法和高斯牛顿法的基础上，为了保证Hessian矩阵JTJ可逆，Levenberg‑Marquardt算法对矩阵H进行了修正迭代公式进行了修正，即：H≈JTJ+μI其中μ为调和系数，大多数情况为正数；I单位矩阵，的Hessian矩阵H的主对角线上的元素将大于0，确保Hessian矩阵H可逆，Levenberg‑Marquardt算法的迭代公式为：x(k+1)＝x(k)‑(JTJ+μI)‑1(x(k))J(x(k))；Levenberg‑Marquardt算法是最速下降法和高斯‑牛顿法的结合，Levenberg‑Marquardt算法在处理过程中会在这两种算法之间进行协调切换；当调和系数μ非常小或接近于0时，算法几乎接近于高斯‑牛顿算法；当调和系数μ非常大时，算法几乎相当于最速下降法；步骤4：在拟合得到的最优高斯拟合曲线上进行一维极值搜索，确定共振波长的位置；确定共振波长的位置是通过对选取的SPR数据段按照某一拟合阶次进行Fourier级数拟合后，可以知道整个拟合表达式，再通过一维极值搜索便可以计算共振波长。