[发明专利]一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法

权利要求书

1.一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过光纤光谱仪采集金属样品的光谱，得到光谱数据；

S2、通过控制变量优化实验条件，得到最佳实验条件下的光谱数据；

S3、在最佳实验条件下，通过对200-500纳米波长的光谱数据进行预处理；

S4、通过预测模型对经过步骤S3预处理后的光谱数据进行预测，得到金属中各元素的含量结果。

2.根据权利要求1所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述控制变量包括移动速度、激光功率和平均次数。

3.根据权利要求2所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S2中，当需要优化移动速度时，保持LIBS激光功率为1.5W，CCD积分时间为5ms，调节移动速度为1-6mm/s，进行至少500次重复实验测量，获得光谱数据。

4.根据权利要求2所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S2中，当需要优化激光功率时，分别采用0.3w、0.5w、0.8w、1w和1.5w的激光功率下，对Mg I 285.21nm、Cu I 324.75nm、Mn I 403.44nm和Cr I 428.97nm四种原子线分别进行实验测量，其中，移动速度固定为5mm/s，CCD积分时间为5ms，进行至少500次重复实验测量，获得光谱数据。

5.根据权利要求2所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S2中，当需要优化平均次数时，对Mg I 285.21nm、Cu I 324.75nm、Mn I403.44nm和Cr I 428.97nm四种原子线分别进行实验测量，其中，激光功率为1.5W，CCD积分时间为5ms，平均次数分别选择1、10、50、100、200、300、500和1000，然后再分别进行10次重复测量，并通过这10次重复测量相对标准偏差值来判断精密度，获得光谱数据。

6.根据权利要求1所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于，所述步骤S3中采用SG平滑算法对光谱数据进行预处理，SG平滑算法为：以n＝0为中心的2M+1个数据，采用公式：进行拟合；

其最小二乘拟合的残差为：

利用卷积运算来求取拟合多项式的常数项，即对输入数据进行加权平均：

对上式求偏导数,化简后可得：

式中，i＝0，1，…N；

令A＝{a_ni},a_ni＝nⁱ,-M≤n≤M,0≤i≤N,B＝A^T·A,则于是Ba＝A^T·Aa＝A^T，a＝(A^TA)^-1·A^T，H即为所求卷积系数。

7.根据权利要求1所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于，所述步骤S3中采用SG平滑算法对光谱数据进行预处理，SG平滑算法为：通过取点χi附件固定个数的点拟合一个多项式，多项式在χi的值，即给出了它的光滑数值gi(gi∈G)；用nl表示χi左边点的个数，用nr表示χi右边点的个数，pi(χ)表示相对于点χi的一个M次多项式，用它在最小二乘意义下拟合nl+nr+1个点；因此：

假设横坐标χi具有χi+1-χi≡Δx的均匀间距，设实测数据为yi，为了使用pi(χ)拟合测试数据，定义系数bk，使得该式为：

8.根据权利要求1所述的一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其特征在于：所述步骤S3中采用中值滤波算法对光谱数据进行预处理。