[发明专利]一种基于荧光光谱的总氮快速检测方法、装置、设备及介质

权利要求书

1.一种基于荧光光谱的总氮快速检测方法，其特征在于，包括：

步骤1，采用微型荧光光谱仪获取N个水样各自在消解过程中的混叠荧光光谱，并进行去噪处理；

步骤2，采用独立成分分析法，对每个水样去噪处理后的混叠荧光光谱进行解混，得到水样中各种物质的荧光光谱以及其浓度系数；

步骤3，根据所有水样的各种物质浓度系数和水样已知的总氮浓度，训练基于支持向量机回归模型的总氮快速在线检测模型；

步骤4，对于总氮待检测的水样，按步骤1-2相同的方法获取内部各种物质的浓度系数，然后输入至步骤3训练得到的总氮快速在线检测模型，输出得到待检测水样的总氮浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，去噪处理的方法为：按照与水样混叠荧光光谱相同的获取条件，采用微型荧光光谱仪获取没有水样时的混叠荧光光谱，记为背景暗噪声；然后将各水样的混叠荧光光谱减去背景暗噪声，所得即为各水样去噪处理后的混叠荧光光谱。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水样混叠荧光光谱的获取条件为：使用紫外增强型150W氙灯光源对样品池照射，采用奥普天成ATP5020P微型荧光光谱仪对样品池中的水样进行探测，且氙灯光源和光谱仪与样品池之间所成的夹角为90°。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，氙灯光源和光谱仪，均通过抗紫外光纤连接到样品池。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2的具体方法为：

步骤2.1，对每个水样去噪处理后的混叠荧光光谱沿时间展开成一维向量x_i'，i用于区分不同的水样；

步骤2.2，将所有水样的混叠荧光光谱一维向量x_i'拼接成混叠荧光光谱矩阵X'＝[x₁'，…，x_i'，…，x_N']^T，N表示水样的数量；

步骤2.3，对混叠荧光光谱矩阵X'进行中心性：

X＝X'-E{X'}；

其中，X为中心化后的混叠荧光光谱矩阵，E{}表示求数学期望，E{X'}为求矩阵X'每个样本的叠荧光光谱一维向量x_i'的均值得到的矩阵；

步骤2.4，对中心化后的混叠荧光光谱矩阵进行白化处理：

Z＝VX；

其中，Z为白化后的信号；V为线性变化矩阵，且V＝OD^-1/2O^T，O是E{xx^T}的特征向量构成的正交阵，E{xx^T}为X的协方差矩阵，D是特征值组成的对角阵；

步骤2.5，选取峭度作为目标函数：

J_kurt(W)＝kurt(W^TZ)＝E{(W^TZ)⁴}-3E{(W^TZ)²}²

式中，W表示解混矩阵，J_kurt表示峭度，kurt()表示峭度函数；

步骤2.6，结合定点迭代优化算法求解步骤2.5中的目标函数，得到解混矩阵W的迭代公式；

式中，解混矩阵W的下标k和k+1表示迭代次数；

步骤2.7，根据迭代收敛时的解混矩阵W，计算得到所有水样的各种物质浓度系数矩阵A以及每种物质成分的混叠荧光光谱；

A＝W^-1

S＝A^-1Z

式中，S代表由每种成分的混叠荧光光谱数据所组成的光谱矩阵。