[發明專利]一種采用多譜線比值法提高激光探針分析精確度的方法

有效

• 申請號: 201410852515.4
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104483292A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 李祥友;李闊湖;曾曉雁;郭連波;陸永楓;楊新艷;李嘉銘;王旭朝;朱光正;鄒孝恒;喻惠武
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種提高激光探針分析精確度的方法，首先在采集的標準樣品光譜中找到至少一條能反映被測元素含量變化的譜線，另外根據決定系數選擇基體元素的至少二條譜線，其譜線強度能夠反映其所處位置的等離子體狀態信息；利用找到的標準樣品中被測元素的譜線和基體元素的譜線的一部分強度比值作為輸入值，標準樣品中被測元素的含量作為標準輸出，對選取的分析模型進行訓練，獲得訓練好的分析模型和被測元素最優譜線比值集C1的構成規則，再按下述過程對被測元素進行分析：

第1步使用激光探針系統采集被測物的光譜，并找到和標準樣品中該被測元素的最優譜線比值集C1中比值所用到的被測元素譜線和基體元素譜線；

第2步根據分析模型校準環節獲得的被測元素最優譜線比值集C1的構成規則，構建被測物中被測元素的最優譜線比值集C2；

第3步將被測元素最優譜線強度比值集C2中的譜線強度比值作為輸入值，代入訓練后的分析模型，輸出被測元素的含量。

2.根據權利要求1所述的提高激光探針分析精確度的方法，其特征在于，所述分析模型為人工神經網絡，支持向量機，偏最小二乘法，或者主成分回歸模型。

3.根據權利要求1所述的提高激光探針分析精確度的方法，其特征在于，所述分析模型的訓練過程為：

(a)選用n個和被測物基體構成盡可能一致、元素含量已知的標準樣品，使用激光探針系統對標準樣品采集光譜數據；

(b)在采集的標準樣品光譜中找到被測元素譜線和基體元素譜線；

(c)計算標準樣品的被測元素譜線和基體元素譜線間的強度比值，將每一條被測元素譜線分別除以每一條基體元素譜線，得到包括m個譜線強度比值的譜線強度比值集C；

(d)分析模型參數確定與譜線強度比值集C優化：

根據譜線強度比值和被測元素含量所做校準曲線的決定系數R²的大小作為該強度比值的優劣判據，對譜線強度比值集C中的譜線強度比值進行選擇，選取合適的譜線強度比值作為分析被測元素含量所用的最優譜線強度比值集C1，將譜線強度比值集中的譜線比值作為分析模型的輸入值，標準樣品中被測元素的含量作為標準輸出，對分析模型進行訓練并預測被測元素含量，根據訓練和預測結果，確定最優譜線強度比值集及其構成規則和選定的分析模型參數；

(e)使用步驟(d)確定的最優譜線強度比值集C1作為輸入，以標準樣品中被測元素含量作為標準輸出；并以選定的分析模型參數和訓練參數，對分析模型進行訓練，得到訓練后的分析模型。

4.根據權利要求3所述的提高激光探針分析精確度的方法，其特征在于，步驟(d)中分析模型參數確定與譜線強度比值集優化的具體過程為：

(d1)計算譜線比值與所有用于訓練分析模型的標準樣品中被測元素含量所做校準曲線的決定系數計算k＝1,2,…,m；

(d2)以最小的作為選擇譜線比值的初始臨界R²即

(d3)選擇其的譜線比值作為BP-ANN的輸入值；按照BP-ANN中數據歸一化和反歸一化的規則，對輸入值和輸出值進行歸一化和反歸一化操作；采用去一交叉驗證法對標準樣品中被測元素含量進行預測；

(d4)嘗試選取分析模型的不同參數，重復步驟(d3)直到輸出結果一致，然后計算交叉驗證的均方根誤差RMSECV；

(d5)令Δ為預先設定的步長，若大于等于中的最大值，則執行步驟(d6)，否則回到步驟(d3)；

(d6)做RMSECV和的關系曲線，從中得到最小RMSECV對應的就做為最優選取其最優的譜線比值組成最優譜線比值集C1，比值優化完成；把計算最小RMSECV所用的分析模型結構和訓練參數作為分析模型的結構和訓練參數，并記錄最優譜線比值集C1的構成規則。

5.根據權利要求4所述的提高激光探針分析精確度的方法，其特征在于，步驟(d3)的具體過程為：

(d31)每次從n個標準樣品中去掉1個，將剩余的n-1個標準樣品的光譜數據的譜線比值作為校準集，對人工神經網絡模型進行訓練；

(d32)將去掉的那個標準樣品的譜線比值集合作為測試集，將測試集輸入由訓練集訓練好的人工神經網絡模型預測對應的樣品中被測元素的含量；

(d33)將所有n個標準樣品按照步驟(d11)和(d12)輪流測試一遍，每個樣品必須并且僅測試一次，獲得各標準樣品中被測元素的含量。

6.根據權利要求1到5中任一所述的提高激光探針分析精確度的方法，其特征在于，所述被測物中被測元素最優譜線強度比值集C2的構成規則與所述標準樣品中被測元素最優譜線強度比值集C1的構成規則一致。