[發明專利]基于雙探頭采樣和自適應機器學習的紫外拉曼光譜檢測裝置

在審

• 申請號: 202010777408.5
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111879752A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 何蔚;成云飛;疏天明;鄭健
• 申請（專利權）人: 公安部第三研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔;鄭暄

本發明涉及一種基于雙探頭采樣和自適應機器學習的紫外拉曼光譜檢測裝置，包括第一光學探頭，通過激光光束與樣品表面接觸，并采集樣品的拉曼信號，實現精細化檢測分析，對樣品信息進行入庫；第二光學探頭，通過激光光束與樣品表面接觸，并采集樣品的拉曼信號，實現實用性快速檢測分析；光譜儀，與所述的第一光學探頭和第二光學探頭通過光纖相連接，用于接收所述的樣品的拉曼信號，并處理信號和顯示信號。采用了本發明的基于雙探頭采樣和自適應機器學習的紫外拉曼光譜檢測裝置，可以實現對拉曼光譜儀采集的原始拉曼數據分別進行精細化分析和實用性分析，并結合自適應機器學習算法，實現自動、快速去噪、有效信號的識別和分類。

技術領域

本發明涉及光學領域，尤其涉及光學檢測技術領域，具體是指一種基于雙探頭采樣和自適應機器學習的紫外拉曼光譜檢測裝置。

背景技術

拉曼光譜法是上世紀20年代由印度科學家拉曼提出來的一項技術。上世紀六十年代激光器的誕生，給拉曼光譜的應用帶來了發展空間。拉曼光譜分析技術由于具有豐富的物質特性信息、無損檢驗、無需樣品制備等優點，作為一種行之有效的檢測分析方法目前已被廣泛應用，是現代物質特征分析技術的重要組成部分。早期的拉曼光譜儀體積較大且安裝不方便，主要應用于實驗室中，隨著光電、嵌入式軟硬件、機器學習算法、拉曼光譜分析技術的不斷進步，體積小、重量輕、移動方便的手持便攜式拉曼光譜儀具有檢測快速準確等優點，迅速得到了發展，市場需求不斷增加。世界上各知名光譜儀生產廠家相繼推出了多種型號的便攜式拉曼光譜儀。

紫外拉曼由于激光激發波長處于紫外波段的短波長區域，它有諸多優勢，一是避開了熒光干擾，因為拉曼光譜信號很弱，可見波長的激發光很容易產生被測物或雜質的嚴重熒光干擾。二是具有很高的靈敏度，理論計算表明，拉曼信號的強度與頻率的四次方成正比，紫外光的頻率相對于可見光和紅外光要高很多，因此會帶來額外的信號增強。三是具有很好的選擇性。對于不同的樣品或樣品中不同的結構，其電子能級不同，因此能使其共振的激發光也不同。危險化學品的結構普遍含有苯環的芳烴結構，能在電子吸收帶內進行激發，也就是所謂的共振激發，能產生較大的偶極矩，拉曼的信號強度就較大。

原始的拉曼光譜包含熒光、各種干擾源等噪聲，對測量造成極大影響。拉曼光譜數據處理技術是指在對樣品進行定性、定量分析之前對所測光譜進行消除熒光、噪聲的處理，為拉曼光譜物質鑒別提供可靠有效的數據，以獲得穩定、可靠的分析結果。在實際測量中，對熒光進行抑制措施是十分必要的。此外，實際測量時，拉曼光譜中還存在著多種干擾源，主要有激光及拉曼散射光的發射噪聲，CCD探測器的散粒噪聲、暗電流噪聲及讀出噪聲，樣品、樣品容器等的熒光和磷光背景、樣品及其周圍環境的黑體輻射，環境中射線導致的尖峰等等。這些干擾源會給后續的分析結果帶來不準確性及不穩定性。所以，為了獲得有效待測物品光譜，首先要對測的原始光譜進行有效的去熒光效應，去噪聲處理，同時還要對被測物質光譜進行精細化特征譜分析和實用性快速檢測分析，實現物質鑒別。

隨著機器學習、人工智能技術的不斷發展，基于機器學習的自動、智能拉曼光譜數據處理與鑒別方法，并進行精準化和實用性檢測將是拉曼光光譜儀數據處理與鑒別發展的趨勢。

發明內容

本發明的目的是克服了上述現有技術的缺點，提供了一種滿足實用性好、快速去噪、適用范圍較為廣泛的基于雙探頭采樣和自適應機器學習的紫外拉曼光譜檢測裝置。

為了實現上述目的，本發明的基于雙探頭采樣和自適應機器學習的紫外拉曼光譜檢測裝置如下：

該基于雙探頭采樣和自適應機器學習的紫外拉曼光譜檢測裝置，其主要特點是，所述的裝置包括：

第一光學探頭，通過激光光束與樣品表面接觸，并采集樣品的拉曼信號，實現精細化檢測分析，對樣品信息進行入庫；

第二光學探頭，為大孔徑遠距離探頭，通過激光光束與樣品表面接觸，并采集樣品的拉曼信號，與第一光學探頭互補，實現實用性快速檢測分析；