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专利号: 2018101747585
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种激光诱导击穿光谱谱峰元素自动识别方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(a),采集待识别的激光诱导击穿光谱,并对光谱进行连续背景的校正;

步骤(b),利用Voigt函数对背景校正后的光谱进行谱峰拟合和分解,构建待识别谱峰信号的特征参数向量;

步骤(c),依据标准数据库,获取与待识别光谱相同波段下的所有元素的光谱信息,并构建元素的特征参数向量;

步骤(d),分别将待识别的每个谱峰信号的特征参数向量与标准数据库中的元素谱峰的特征向量进行相似度分析;

相似度计算定义如下:

其中ci,t表示第i个待识别谱峰信号与标准数据库中第t个可能元素的谱峰信号之间的相似度;Fi表示第i个待识别谱峰信号的特征参数向量,Ft表示标准数据库中第t个可能元素的谱峰信号的特征参数向量;

步骤(e),依据相似度大小,将与标准数据库中相似度最大的谱峰对应的元素判断为该待识别谱峰所属的元素;

步骤(b)中,Voigt函数定义如下:

其中I(λ)表示波长λ处的光谱强度;λc为谱峰信号的中心波长、Ic、w分别表示中心波长对应下的光谱强度和谱峰的半高宽;θ为高斯-洛伦兹系数,取值为(0,1)之间的常数;

将待识别光谱进行Voigt函数拟合后得到的谱峰质心A作为波形特征参数θ的替代特征参数;因此对于一个待识别谱峰,获得其特征参数向量F=[Ic,λc,w,A];

质心的计算定义如下:

其中A表示波长在λ处的谱峰的质心,I(λ)表示波长λ处的光谱强度,[λL,λR]为该谱峰所在的区间。

2.如权利要求1所述的激光诱导击穿光谱谱峰元素自动识别方法,其特征在于,存在谱峰重叠现象时,为了获得更为准确的谱峰特征参数,此时Voigt函数由下式代替:其中l为重叠谱峰个数,λt、It、wt和θt分别为第t个谱峰的中心波长、中心波长对应下的光谱强度、谱峰的半高宽和高斯-洛伦兹系数。

3.如权利要求2所述的激光诱导击穿光谱谱峰元素自动识别方法,其特征在于,步骤(b)中,构建待识别谱峰信号的特征参数向量,具体实现为:利用相邻点极大值法在待识别光谱区间[λmin,λmax]进行搜索,获取光谱极值信息N为极值点个数, 分别为第j个极值点处的波长位置与谱峰强度;

去除噪声和强度较低的微弱谱峰即无效的谱峰;

去除噪声和无效的谱峰后,所有的被保留的极值点即待识别谱峰记为M为待识别谱峰个数, 是第i个待识别谱峰的

波长与谱峰强度;

判断待识别谱峰 是否为重叠谱峰;设 分别是谱峰区间

和 的光强极小值位置及其强度;若其斜率 小于给

定的阈值Tk,则可判断待识别谱峰 为非重叠谱峰,并记待拟合谱峰区间为若K≥Tk,则可判断待识别谱峰 和 为重叠谱峰,对于重叠谱峰,在 谱峰区间寻找光强极小值位置及其强度 计算斜率若K≥Tk,重复这一过程,直到斜率小于给定的阈值Tk,记录待拟合谱峰区间为 l为待拟合区间谱峰个数;

在待拟合谱峰区间 利用公式(2)对光谱曲线进行拟合,得到It,wt,λt,θt(t=1,2,…,l)特征参数,这里t=1,2,…,l分别代表第i,i+1,…,i+l个待识别谱峰;

重复以上步骤,对于第i个待识别谱峰 利用Voigt函数分解获得的特征参数构建其特征参数向量Fi=[Ii,λi,wi,Ai]。

4.如权利要求3所述的激光诱导击穿光谱谱峰元素自动识别方法,其特征在于,步骤(c)中依据NIST标准数据库,构建元素的特征参数向量,具体包括:设定等离子体电子密度Ne和电子温度T的取值范围:log(Ne)和T;将log(Ne)和T分别按照各自的步长在给定的范围内划分,共得到多个等离子体电子密度Ne和电子温度T的组合;

即得到:uj=(log(Ne),T);

对于任意给定的一个uj=(log(Ne),T)组合,依据待识别谱峰的波长信息λi,获取NIST标准数据库中[λi-Δλ,λi+Δλ]范围内的所有可能的S个元素,计算并获得谱峰特征参数向量 其中Δλ为实验光谱相对于标准光谱可能的波长偏移量。

5.如权利要求4所述的激光诱导击穿光谱谱峰元素自动识别方法,其特征在于,步骤(d)具体实现如下:采用Cosin相似度计算第i个待识别谱峰信号特征向量Fi=[Ii,λi,wi,Ai]与NIST标准数据库中元素特征参数向量 的相似度;表达式如下:其中 表示在等离子体密度和电子温度组合uj条件下,第i个待识别谱峰信号特征参数向量Fi和NIST标准数据库中第t个可能元素 的Cosin相似度。

6.如权利要求5所述的激光诱导击穿光谱谱峰元素自动识别方法,其特征在于,步骤(e)具体实现如下:依据相似度大小,将与待识别谱峰信号特征向量Fi具有最大相似度 的NIST标准数据库元素作为待识别谱峰的对应元素,记为 其相似度记为 重复步骤(c)、(d),获得uj=(log(Ne),T)条件下,所有待识别谱峰的元素识别结果及其相似度 并获得其平均相似度重复以上步骤(c)、(d)、(e),获得所有uj=(log(Ne),T)条件下的平均相似度,选取最大平均相似度所对应的uj为最佳等离子体电子密度和电子温度;此条件下的元素识别结果为最终结果。