[發明專利]基于吸收率擇優的分光波長篩選方法

有效

• 申請號: 201410233964.0
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104020124A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 潘濤;劉桂松;肖青青;陳潔梅
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35;G01N21/359
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

技術領域

本發明涉及分光系統設計中的波長篩選技術領域，具體涉及一種基于吸收率擇優的分光波長篩選方法。

背景技術

紅外光譜分析是鑒別物質及確定其化學組成和含量的方法，它可以不需要生化試劑，具有簡便快速、非破壞性和易于實時分析等特點，在很多領域具有應用的優勢。目前研制全波段通用型紅外光譜儀器的技術在國外已經比較成熟，但是其具有儀器龐大、價格昂貴的缺點，不適于推廣應用。因此，研發低價格小型專用紅外分析儀器具有應用前景。

在紅外光譜分析時，高信噪比分光波長篩選方法是一關鍵技術，它對于建立高精度分析模型、降低模型復雜性和設計小型專用光譜儀器的分光系統等方面具有重要意義。但是，紅外波段的波長數很多，如果用任意隨機組合分別建模的方式篩選波長，現有的計算機運算速度遠遠不能夠滿足。因此，在紅外光譜分析波長的選擇、小型專用光譜儀器的分光系統設計等方面還存在困難，缺乏有效的分光波長篩選方法。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于吸收率擇優的分光波長篩選方法，該方法可以有效地篩選出分析對象所對應的高信噪比波長組合，具有應用范圍廣、模型簡單、計算量少、預測效果好等優點，為小型專用分析儀器中分光系統的設計提出有效的解決方案。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：基于吸收率擇優的分光波長篩選方法，包括以下步驟：

S1、測試樣品，得到光譜數據和樣品的指標測定值；

S2、在所測得的光譜波段中，根據測定對象的物理學、化學特性以及光譜儀器的性能，選擇低噪音并覆蓋指標信息的用于波長篩選的范圍Δ，同時確定該波長范圍內樣品平均光譜對應的吸收率最大值A_max和最小值A_min；

S3、設置適當的吸收率步長ε，將全吸收率范圍(A_min,A_max)n等分，得到n-1個等分點；

S4、從吸收率最小值對應的起點、吸收率最大值對應的終點、以及n-1個等分點中任意取兩點進行組合，得到一吸收率區間(A_*,A^*)，其中(A_*,A^*)(A_min,A_max)；

S5、根據光譜數據的波長與吸收率的對應關系，在波長篩選范圍Δ內，確定該吸收率區間(A_*,A^*)所對應的波長組合；

S6、按照上述步驟S4、S5，窮舉所有的吸收率區間(A_*,A^*)，對每一個吸收率區間對應的波長組合建立定標預測模型，計算光譜預測值與實測值的均方根誤差(RMSEP)或相關系數；

S7、找到均方根誤差最小值或相關系數最大值所對應的吸收率區間，將其確定為最優吸收率區間，并進而找到該最優吸收率區間對應的波長組合，完成分光波長的篩選。

優選的，所述步驟S2中，波長篩選范圍Δ是依據測定對象的物理學、化學特性對于紅外光的吸收范圍設定，并且排除儀器運行導致的噪音波段范圍。

優選的，所述步驟S3中，吸收率步長ε是依據光譜實驗獲得的光譜整體吸收率值(包括吸收率最小與最大值)、模型精度和建模運行效率進行設定。

優選的，所述步驟S6中，定標預測模型采用基于偏最小二乘(PLS)、多元線性回歸(MLR)、主成分分析(PCA)等。

優選的，所述步驟S7中，最優吸收率區間，以及所對應的波長組合是依據光譜定標預測的效果獲得的最適合進行定量分析的波長模型。

本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

1、本發明通過將吸收率進行分段，然后利用偏最小二乘(PLS)、多元線性回歸(MLR)、主成分分析(PCA)等方式的定標預測模型選擇出最優吸收率區間，進而有效地篩選出分析對象所對應的高信噪比波長組合，具有應用范圍廣、模型簡單、計算量少、預測效果好等優點，為小型專用分析儀器中分光系統的設計提出有效的解決方案。

2、經過多次實驗結果證實：本發明篩選出的波長組合比它們所在的波長篩選范圍Δ，預測效果有明顯的提升，由于本發明中采用的波長個數大大減少，對于建立高精度分析模型、降低模型復雜性和設計小型專用光譜儀器的分光系統等方面具有重要意義。