[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

说明书

本发明涉及激光诱导击穿光谱技术领域，尤其是指一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其包括以下步骤：通过光纤光谱仪采集金属样品的光谱，得到光谱数据；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；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；通过预测模型对经过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。本发明在优化完实验条件下，对激光功率、移动速度和平均次数进行优化，再使用预处理方法减少光谱数据噪声，剔除无关物质成分对待分析元素的影响，使本发明可以获得更加稳定、可靠的分析结果，明显提高金属元素含量的检测精度。

技术领域

本发明涉及激光诱导击穿光谱技术领域，尤其是指一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术是一种基于原子发射光谱的新型元素分析技术。其可实现微损检测和多元素分析的优点是近几十年来流行的一种技术。而飞秒激光作为剥离光源的诱导击穿光谱对样品的损伤非常小，甚至可以进行微米和纳米级的精密检测。但是由于大多数激光诱导击穿光谱系统裸漏在空气中，测量时会受到环境噪声(水冷等等)和大气压的干扰，同时仪器内部元件的电流噪声,光电转换过程中的噪声和探测器中的暗电流都会干扰到元素的分析的准确性。

发明内容

本发明针对现有技术的问题提供一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，设计巧妙，在优化完实验条件下，对激光功率、移动速度和平均次数进行优化，再使用预处理方法减少光谱数据噪声，剔除无关物质成分对待分析元素的影响，使得本发明可以获得更加稳定、可靠的分析结果，可以明显提高金属元素含量的检测精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明还提供了一种提高金属合金中元素检测精度的光谱滤波方法，其包括以下步骤：

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MF滤波算法或/和SG平滑算法对200-500纳米波长(光纤光谱仪的测量波长范围)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。

其中，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。

其中，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。

其中，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。

其中，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 I 403.44nm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。

其中，所述步骤S3中，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：