CN105675580B - 一种动态惰性气体基底拟合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学领域，尤其是涉及一种动态惰性气体基底拟合方法。本发明首先采集氩气基底图谱并氩气基底数学拟合，然后计算计算修正系数；接着再采集样气图谱并拟合样气基底，然后根据修正系数进行拟合基底修正；最后计算谱峰面积和浓度的计算。本发明将数学拟合基底和惰性气体基底的优点进行合并，同时又互补了彼此的缺点。新方案得到的基底由样气图谱拟合得到，随实际图谱动态变化，同时又加入了惰性气体图谱得到的修正系数，能够更好的体现出仪器自身固有的一些微小特征，使得基底计算产生的系统误差更低。

Description

一种动态惰性气体基底拟合方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其是涉及一种动态惰性气体基底拟合方法。

背景技术

拉曼光谱测量技术特点：分析物拉曼峰面积与其浓度呈正比。利用拉曼光谱技术对分析物含量进行定量计算，需要测量出分析物拉曼峰面积。实际采集到的光谱谱图是一段开放式曲线，要计算峰面积，需要给拉曼峰区域添加一条边界以组成一个封闭区域。我们将添加的这条边界称为谱峰的基底，基底如何添加，将直接关系的系统的测量精度。

常用的方法有两种：数学拟合法和惰性气体基底法。经实践测试，发现两种方法各有优缺点。

1、数学拟合法,即利用谱图上非谱峰段数据拟合直线、二次曲线作为基底。这种基底算法优点是：基底随实际谱图动态变化。缺点：数学计算得到的基底与真实基底存在一定误差，当仪器测量精度要求较高的，这种误差是不能容许的。

2、惰性气体基底，气相色谱上也常用，利用惰性气体在仪器有限的谱宽测量范围内没有谱峰的特点，将惰性气体的谱线用作分析气体谱图的基底，常用的惰性气体有氦气和氩气。优点：惰性气体的谱图是通过仪器采集得到，能够反映出信号发生收集装置和光谱分析仪自身固有的一些微小特征，最接近真实基底。缺点：惰性气体的图谱采集和待分析样气图谱的采集在时序上并不同步，二者发生的时域间隔越大，其出现偏差的可能性越大。

拉曼光谱气体分析仪相对于气相色谱分析仪，最大优点就是响应时间短，可做成在线测量系统。要具备在线测量的优点，就限制了仪器校准惰性气体基底的频率不能太高，这样惰性气体基底在时间上可能的缺点就变得明显。

本方案就是为解决这个问题而发明的一种新的基底算法，综合了数学拟合算法和惰性气体基底的优点，规避了两种算法缺点。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种将数学拟合基底和惰性气体基底的优点进行合并，同时又互补了彼此的缺点。新方案得到的基底由样气图谱拟合得到，随实际图谱动态变化，同时又加入了惰性气体图谱得到的修正系数，能够更好的体现出仪器自身固有的一些微小特征，使得基底计算产生的系统误差更低的一种动态惰性气体基底拟合方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种动态惰性气体基底拟合方法，其特征在于，定义分析仪许检查M种气体,则具体包括如下步骤:

一个采集惰性气谱图的步骤:采集惰性气体的谱图；

一个基于数学拟合的惰性气体基底拟合的步骤:标准拉曼谱图横轴单位为拉曼位移，纵轴单位为光强，为了定量计算时简便，将谱图横轴转换为像素表示，纵轴单位不变，谱图区域横轴方向共有n个像素；根据既定M种待测样气的特征峰分布特点，将采集到的惰性气体谱图按横坐标分成p段，即横坐标分为[1,a₁),[a₁,a₂),[a₂,a₃)…[a_p-1,a_p]这p段；其中首尾段谱图处并无特征峰，最终也不参与定量计算，基底拟合计算时直接引用即可；由(a₁,Ya₁),(a₂,Ya₂),(a₃,Ya₃)…(a_p-1,Ya_p-1)，这p-1个点计算得到p-2条折线段函数：

y_i＝k₁*i+m₁ i∈[a₁，a₂)

y_i＝k₂*i+m₂ i∈[a₂，a₃)

……

y_i＝k_p-2*i+m_p-2 i∈[a_p-2,a_p-1)

一个计算修正系数的步骤：惰性气体谱图上各像素点实测光强为Y_i，拟合计算光强为y_i,二者间存在偏差，将这个偏差定义为修正系数c，则有：

c_i＝Y_i-y_i i∈[1,n]

一个采集样气拉曼图谱的步骤:采集样气并得到该样气的样气谱图；

一个基于数学拟合的样气基底拟合的步骤:按照同样的横轴区间划分，将样气图谱分成p段；得到既定p-1个点的坐标(a₁,Y＇a₁),(a₂,Y＇a₂),(a₃,Y＇a₃)…(a_p-1,Ya_p-1)；根据这P-1个点的坐标计算得到p-2段直线：

y_i′＝k₁′*i+m₁′ i∈[a₁，a₂)

y_i′＝k₂′*i+m₂′ i∈[a₂，a₃)

……

y_i′＝k_p-2′*i+m_p-2′ i∈[a_p-2,a_p-1)

一个拟合基底修正的步骤：拟合得到的基底加上有氩气基底得到的修正系数就得到最终用于定量计算的基底：

Z_i＝y'_i+c_i i∈[1,n]。

因此，本发明具有如下优点：将数学拟合基底和惰性气体基底的优点进行合并，同时又互补了彼此的缺点。新方案得到的基底由样气图谱拟合得到，随实际图谱动态变化，同时又加入了惰性气体图谱得到的修正系数，能够更好的体现出仪器自身固有的一些微小特征，使得基底计算产生的系统误差更低。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明实施例中步骤2中采集氩气的谱图示意图。

图3为本发明实施例中步骤3中氩气基底数学拟合的谱图示意图。

图4为本发明实施例中步骤7中修正后的基底效果的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例发明内容所述方法的具体的一个案例，具体阐述如下：

1、拉曼效应是一个普适现象，仪器自身器件也会产生拉曼效应，因此即使是惰性气体类在仪器测量范围内没有谱峰的气体，最终得到的图谱也并非一条平坦的直线，为了让拟合效果更好，宜根据基底自身特点，将基底分成多段，然后分段拟合，以期获得较高的拟合精度。分段遵循原则：a.拟合选取的基准点应在该设备未来需测试的所有组分谱峰之外的区域；b.保证计算不至过度繁琐的前提下尽量细分基底

2、采集氩气谱图，氩气谱图如图2所示：

3、氩气基底数学拟合：假设某激光拉曼光谱气体分析仪需检查A、B、C、D、E、F、G、H这8种气体，根据这8种组分图谱的特点，将基底分成6段。为了软件计算方便，将谱图横轴设置为像素表示，谱图区域共有n个像素，即将谱图按横坐标分为[1,a),[a,b),[b,c),[c,d),[d,e),[e,n]6段。其中首尾段谱图处并无特征峰，最终也不参与定量计算，直接引用，不予处理；由(a,Ya),(b,Yb),(c,Yc),(d,Yd),(e,Ye)这5个点计算得到4条折线段函数：

y_i＝k₁*i+m i∈[a,b)

y_i＝k₂*i+n i∈[b,c)

y_i＝k₃*i+o i∈[c,d)

y_i＝k₄*i+p i∈[d,e)

如图3所示。

4、计算修正系数：氩气谱图上各像素实测光强为Y_i，拟合计算光强为y_i,二者间的偏差，将这个偏差定义为修正系数c，则有：

c_i＝Y_i-y_i i∈[1,n]

5、采集样气拉曼图谱。

6、拟合样气基底。同样找到样气图谱上像素为a、b、c、d、e这5点的坐标(a,Y’a),(b,Y’b)，(c,Y’c)，(d,Y’d)，(e,Y’e)。计算得到4条折线段函数：

y'_i＝k'₁*i+m' i∈[a,b)

y'_i＝k'₂*i+n' i∈[b,c)

y'_i＝k'₃*i+o' i∈[c,d)

y'_i＝k'₄*i+p' i∈[d,e)

7、拟合基底修正：拟合得到的基底加上有氩气基底得到的修正系数就得到最终用于定量计算的基底。

Y'_i＝y'_i+c_i i∈[1,n]

修正后的基底效果如图4所示。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种动态惰性气体基底拟合方法，其特征在于，定义分析仪允许检查M种气体,则具体包括如下步骤:

一个采集惰性气谱图的步骤:采集惰性气体的谱图；

一个基于数学拟合的惰性气体基底拟合的步骤:标准拉曼谱图横轴单位为拉曼位移，纵轴单位为光强，为了定量计算时简便，将谱图横轴转换为像素表示，纵轴单位不变，谱图区域横轴方向共有n个像素；根据既定M种待测样气的特征峰分布特点，将采集到的惰性气体谱图按横坐标分成p段，即横坐标分为[1,a₁),[a₁,a₂),[a₂,a₃)，…，[a_p-1,a_p]这p段；其中首尾段谱图处并无特征峰，最终也不参与定量计算，基底拟合计算时直接引用即可；由(a₁,Ya₁),(a₂,Ya₂),(a₃,Ya₃)，…，(a_p-1,Ya_p-1),p-1个点计算得到p-2条折线段函数：

y_i＝k₁*i+m₁i∈[a₁，a₂)

y_i＝k₂*i+m₂i∈[a₂，a₃)

……

y_i＝k_p-2*i+m_p-2i∈[a_p-2,a_p-1)

一个计算修正系数的步骤：惰性气体谱图上各像素点实测光强为Y_i，拟合计算光强为y_i,二者间存在偏差，将这个偏差定义为修正系数c，则有：

c_i＝Y_i-y_i i∈[1,n]

一个采集样气拉曼图谱的步骤:采集样气并得到该样气的样气谱图；

一个基于数学拟合的样气基底拟合的步骤:按照同样的横轴区间划分，将样气图谱分成p段；得到既定p-1个点的坐标(a₁,Y＇a₁),(a₂,Y＇a₂),(a₃,Y＇a₃)，…，(a_p-1,Y＇a_p-1)；根据这p-1个点的坐标计算得到p-2段直线：

y_i′＝k₁′*i+m₁′i∈[a₁，a₂)

y_i′＝k₂′*i+m₂′i∈[a₂，a₃)

……

y_i′＝k_p-2′*i+m_p-2′i∈[a_p-2,a_p-1)

一个拟合基底修正的步骤：拟合得到的基底加上有氩气基底得到的修正系数就得到最终用于定量计算的基底：

Z_i＝y'_i+c_i i∈[1,n]。