[发明专利]一种计算机辅助的全波段光谱仪波长标定方法

摘要

一种计算机辅助的全波段光谱仪波长标定方法，涉及采用阵列式探测器光谱仪的波长标定方法，属于计算机辅助光谱仪波长标定技术领域。其特征在依次含有下步骤(1)构建一个含有组合光源和计算机程序的光谱仪用波长标定系统；(2)将组合光源谱线波长，光谱仪基本参数和标定条件输入到计算机；(3)依次获取所有标定谱线的数据；(4)用不同方法对谱线数据进行谱线轮廓重建并确定峰值位置；(5)用三阶多项式拟合“峰值波长——像素位置”数据得到标定结果；(6)校验结果；(7)比较不同寻峰方法的误差程度并选出精度最高作为最终结果。本发明将标定过程进行自动化并解决了当前光谱仪波长标定存在的问题，提高了波长标定结果的精度。

主权项

一种计算机辅助的全波段光谱仪波长标定方法，待标定光谱仪以下简称光谱仪为工作在任意波段的阵列式探测器光谱仪，其特征在于，所述方法借助于计算机辅助程序，使用已知线状特征谱线对光谱仪自动进行波长标定过程，具体步骤如下：步骤(1)构建一个为所述光谱仪用的计算机辅助波长标定系统，以下简称系统，系统由组合光源和计算机通过数据线和耦合光路与光谱仪连接而成，其中：组合光源：由多个单一标准光源通过耦合光路组成，各标准光源的输出信号经过耦合光路成为一束输出光信号并输入到光谱仪，组合光源输出信号含有所述各标准光源的所有特征谱线并覆盖整个光学波长范围，能够对工作在任意光学波段的光谱仪提供用于波长标定的特征谱线，以下简称标定谱线，计算机，设有：控制模块、波长标定模块和记录显示驱动模块以及各单一标准光源的开关控制信号输出端、光谱仪探测器控制信号输出端、光谱仪输出光谱信号输入端，步骤(2)计算机初始化，输入：已知各标准光源的特征谱线，即组合光源所包含的特征谱线，所述光谱仪的下述参数：工作波长范围、探测器的积分时间范围及积分时间调节步长；探测器的光强探测范围，探测范围下限大于噪声信号值，上限小于探测器光强饱和值，标定谱线的筛选条件：谱线的最小间隔，不小于光谱仪分辨率；谱线数目要大于等于5，步骤(3)计算机程序从组合光源所包含的特征谱线中筛选出处于光谱仪工作波长范围的谱线以及其相应的标准光源，计算机通过控制光源开关将所选标准光源点开，各光源输出信号经过光路耦合输入到光谱仪，从已选标准光源的所有特征谱线选出符合步骤(2)中所述的标定谱线选择条件的谱线，并将所选标定谱线分为两组：第一组是用来拟合得出标定结果，以下称为拟合标定谱线组λi，谱线数目i大于等于4；第二组是用来检验标定结果的误差程度，以下称为校验谱线组λj，步骤(4)在光谱仪输出的谱线数据图中，对所选的标定谱线从左到右依次进行扫描获取数据，具体获取谱线数据的方法是：计算机对谱线光强信号进行判定，当谱线光强处于探测器光强探测范围则保持探测器探测条件不变；若谱线光强超过探测器光强探测范围上限值则减小探测器的积分时间或增益使谱线输出信号减弱直至处于探测器光强探测范围；若谱线光强小于探测器光强探测范围下限值则增大探测器的积分时间或增益使谱线输出信号增强直至处于探测器光强探测范围，获取所有标定谱线的数据后，将这些数据按其在探测器上的像素位置进行排列并融合成工作波段上完整的谱线数据图，步骤(5)采用福特函数拟合步骤(4)中每条谱线的数据重建谱线轮廓并确定谱线峰值所对应的像素位置x，结合谱线的峰值波长λ得到“峰值波长——像素位置”数据组(λ‑x)，步骤(6)从步骤(5)中的数据组选出拟合标定谱线组λi所对应的“峰值波长——像素位置”数据组(λi‑xi)，用三阶多项式拟合该数据组得出峰值波长与像素位置之间的关系函数：λ＝f(x)，该关系函数即波长标定的结果，步骤(7)从步骤(5)中的数据组选择出校验谱线组λj所对应的峰值像素位置xj代入到步骤(6)中波长标定结果，得出峰值标定波长λj’＝f(xj)，同一谱线的峰值波长与峰值标定波长之差的绝对值为对应该谱线的波长标定误差Δλj＝|λj’‑λj|，所有校验谱线对应的波长标定误差的最大值为该标定过程的最大波长误差Δλ，步骤(8)将步骤(5)中所用的福特函数拟合换成多项式拟合，并进行同样步骤(6)，(7)最后得到另一个波长标定结果和对应的最大波长误差值，将该误差值与之前的误差值进行比较，选择误差更小的误差值对应的方法为最优的谱线轮廓拟合方法，并且对应的波长标定结果作为最终的结果，步骤(9)计算机将该结果同最大波长误差进行显示并记录。