[發明專利]一種基于光譜特征融合的激光誘導擊穿光譜異常數據剔除方法

在審

• 申請號: 202210958165.4
• 申請日: 2022-08-11
• 公開（公告）號: CN115420715A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 于連棟;王滿蘋;陸洋;高榮科;賈華坤;陳孝哲;金浩
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G06K9/62
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明公開了一種基于光譜特征融合的激光誘導擊穿光譜異常數據剔除方法。本發明通過采集并保存被測樣品的LIBS光譜數據矩陣，在LIBS光譜數據矩陣中選取多條元素分析線，根據所選取特征指標，計算各元素分析線在各波長變量處的特征指標值，分別針對各元素分析線，確定各特征指標的最大值和最小值后，計算各特征指標在各元素分析線各波長變量處的分值以及各元素分析線各波長變量處所有特征指標的總分值，再設定異常光譜數據判定準則，剔除被測樣品LIBS光譜數據矩陣中的異常光譜數據，得到被測樣品的有效光譜數據矩陣，計算被測樣品的平均光譜數據。本發明實現了對異常光譜數據的剔除，避免了異常光譜數據所引起的誤差，有效提高了LIBS分析的準確度和精確度。

技術領域

本發明涉及光譜分析技術領域，具體涉及一種基于光譜特征融合的激光誘導擊穿光譜異常數據剔除方法。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)利用高能量脈沖激光聚焦到樣品表面，激發聚焦處的微量樣品產生激光誘導等離子體光譜，通過光譜儀和探測器對等離子體光譜分析檢測，基于等離子體光譜數據中譜線的波長確定檢測對象中所含的元素，并根據譜線的強度確定元素的含量。LIBS幾乎可以檢測元素周期表內的所有元素，可以同時分析多種元素，分析快速且樣品前處理少，被測對象可以是氣體、固體、液體、氣溶膠等。因此，LIBS技術在冶金、煤炭和水泥生產等工業過程中具有巨大的應用市場，已廣泛應用于生物醫學、環境監測和礦物勘探等領域，并在輻射高溫等惡劣環境、深空深海等無人環境實時原位物質分析檢測方面具有顯著優勢。

隨著科學技術的不斷進步以及現場檢測應用需求的增多，LIBS儀器逐漸向小型化、便攜式方向發展。由于工業現場檢測環境惡劣，例如儀器震動大、溫度高、灰塵大，樣品不均勻、樣品表面不平整，小型化儀器的光譜分辨率低，激光器穩定性差等因素，使得LIBS檢測到的光譜數據有大量的異常數據，這些異常光譜數據不利于后續樣品成分及含量的分析，大幅度增加了LIBS檢測樣品的難度，降低了樣品檢測的準確度和精確度。

因此，亟需提出一種基于光譜特征融合的激光誘導擊穿光譜異常數據剔除方法，有效抑制LIBS光譜中的異常光譜，保證LIBS光譜數據的穩定性，提高LIBS分析的準確度和精確度。

發明內容

本發明針對LIBS光譜中的異常光譜數據嚴重干擾LIBS分析準確度和精確度的問題，提出了一種基于光譜特征融合的激光誘導擊穿光譜異常數據剔除方法，實現了對異常光譜數據的有效剔除，既保證了光譜數據的穩定性，又有效提高了LIBS分析的準確度和精確度。

本發明采用以下的技術方案：

一種基于光譜特征融合的激光誘導擊穿光譜異常數據剔除方法，具體包括以下步驟：

步驟1，采集并保存被測樣品的LIBS光譜數據矩陣S(W_m，I_n)；

所述LIBS光譜數據矩陣S(W_m，I_n)內包括被測樣品同一位置處的n條光譜以及各光譜內的m個波長變量W_m，I_n為各光譜在波長變量W_m處所對應的光譜強度；

步驟2，在LIBS光譜數據矩陣S(W_m，I_n)中選取α條元素分析線；

步驟3，選取特征指標，計算各元素分析線在各波長變量處的特征指標值；

步驟4，根據各元素分析線在各波長變量處的特征指標值，分別針對各元素分析線確定各特征指標的最大值和最小值，計算各特征指標在各元素分析線各波長變量處的分值；

步驟5，基于各元素分析線各波長變量處所有特征指標的分值，計算各元素分析線各波長變量處所有特征指標的總分值；