CN117214108B - 一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光谱校准领域，涉及数据分析技术，用于解决现有的光谱检测设备校准方法效率低下的问题，具体是一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法，包括以下步骤：步骤一：通过光源单元对金机设备与光谱检测设备i发出固定光源，获取金机设备的原始通道光学数据Ye，同时获取光谱检测设备i的原始通道光学数据Die，然后对Ye与Die进行数值计算得到光谱检测设备i的校准参数Sie；本发明通过校准终端的光源为金机设备与光谱检测设备发出相同参数的光，然后对金机设备的检测参数与光谱校准设备的检测参数进行比对，通过设备固定单元同时对一批次的多个光谱检测设备进行固定，从而实现批量性的光谱检测设备校准，大大提高校准效率。

Description

一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法

技术领域

本发明属于光谱校准领域，涉及数据分析技术，具体是一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法。

背景技术

光谱检测设备分为两种一种是以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置，它由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成，以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上进行强度测定；另一种是以不同波长的多通道光电二极管来测量不同波长的强度，并通过光谱重建，来形成所需光谱。

常见光谱检测设备的误差，有来自传感器之间的误差、光学结构的误差和系统的误差等，需要对每一个设备都要进行相应误差的校准，如果都按照这种方法校准，会非常消耗大量的人力物力，效率非常低下，很难满足生产需要，产量有限，而且成本会居高不下，不能让更多需要检测光环境的人群受益。

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法，用于解决现有的光谱检测设备校准方法效率低下的问题；

本发明需要解决的技术问题为：如何提供一种可以对光谱检测设备进行批量自动校准的光谱检测设备校准方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法，包括以下步骤：

步骤一：通过光源单元对金机设备与光谱检测设备i发出固定光源，获取金机设备的原始通道光学数据Ye，同时获取光谱检测设备i的原始通道光学数据Die，然后对Ye与Die进行数值计算得到光谱检测设备i的校准参数Sie；

步骤二：对校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie进行处理分析：通过公式PCie=|Sie-1|得到光谱检测设备i中各个原始通道光学数据的偏差值PCie，通过偏差值PCie对原始通道光学数据的偏差程度是否满足要求进行判定；

步骤三：对光谱检测设备i的原始通道光学数据进行调节集中性分析：将校准批次中原始通道光学数据Die被标记为误差数据的次数标记为原始通道光学数据Ye的标记值BJe，由所有原始通道光学数据Ye的标记值BJe构成标记集合，对标记集合进行方差计算得到校准批次的集中系数，通过集中系数对校准批次是否具有校准集中性进行判定。

作为本发明的一种优选实施方式，在步骤二中，对原始通道光学数据的偏差程度是否满足要求进行判定的具体过程包括：通过存储模块获取到偏差阈值PCmin，将光谱检测设备i中各个原始通道光学数据的偏差值PCie与偏差阈值PCmin进行比较：

若偏差值PCie小于偏差阈值PCmin，则判定对应原始通道光学数据的偏差程度满足要求，将光谱检测设备i中对应的原始通道光学数据标记为准确数据；

若偏差值PCie大于等于偏差阈值PCmin，则判定对应原始通道光学数据的偏差程度不满足要求，将光谱检测设备i中对应的原始通道光学数据标记为误差数据。

作为本发明的一种优选实施方式，在步骤二中，对校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie进行处理分析的过程还包括：对光谱检测设备中误差数据的数量进行判定：若误差数据的数量为零，则将对应的光谱检测设备标记为免校设备；若误差数据的数量不为零，则由误差数据组成光谱检测设备i的调节数据组，将光谱检测设备i的调节数据组发送至处理器，处理器接收到调节数据组后将调节数据组发送至存储模块进行存储；将校准批次中的免校设备的数量标记为免校值MJ，通过公式得到校准批次的初始系数CS，其中α1与α2均为比例系数，且α1＞α2＞1，PCh为校准批次内偏差值PCie的和值；通过存储模块获取到初始阈值CSmax，将校准批次的初始系数CS与初始阈值CSmax进行比较并通过比较结果对校准批次的初始误差状态是否满足要求进行判定。

作为本发明的一种优选实施方式，将校准批次的初始系数CS与初始阈值CSmax进行比较的具体过程包括：若初始系数CS小于初始阈值CSmax，则判定校准批次的初始误差状态满足要求；若初始系数CS大于等于初始阈值CSmax，则判定校准批次的初始误差状态不满足要求，生成初始异常信号并将初始异常信号发送至处理器，处理器接收到初始异常信号后将初始异常信号发送至管理人员的手机终端。

作为本发明的一种优选实施方式，对校准批次是否具有校准集中性进行判定的具体过程包括：通过存储模块获取到集中阈值，将集中系数与集中阈值进行比较：若集中系数小于集中阈值，则判定校准批次不具有校准集中性；若集中系数大于等于集中阈值，则判定校准批次具有校准集中性，将原始通道光学数据Ye按照标记值由大到小的顺序进行排列得到原始序列，截取原始序列中排序靠前的L1个原始通道光学数据并标记为集中数据，在下一校准批次中光谱检测设备i的集中数据被标记为准确数据时，将对应光谱检测设备i标记为复检设备。

作为本发明的一种优选实施方式，应用于基于光谱检测设备的批量自动校准系统当中，包括处理器，所述处理器通信连接有校准终端、参数分析模块、集中分析模块以及存储模块；

所述校准终端包括光源单元、待校准光谱检测设备单元、光谱金机单元、设备固定单元和校准单元；光源单元由标准光源组成，用于发射固定灯光；所述待校准光谱检测设备单元由光谱检测设备i组成，i=1，2，…，n，n为正整数，所述光谱金机单元包括经过校准的金机设备，设备固定单元用于对光谱检测设备i与金机设备进行固定；所述校准单元用于对光谱检测设备i和金机设备进行数据处理：光源将同一种光同时照射到金机设备和光谱检测设备i上，然后获取金机设备的原始通道光学数据Ye，e=1，2，…，m，m为正整数，并同时获取光谱检测设备i的原始通道光学数据Die，通过对Ye与Die进行数值计算得到校准参数Sie，由同一校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie构成对应校准批次的校准集合，在校准批次的校准集合发送至处理器，处理器接收到校准集合后将校准集合发送至参数分析模块；

所述参数分析模块用于对校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie进行处理分析并将原始通道光学数据标记为准确数据或误差数据；

所述集中分析模块用于对光谱检测设备i的原始通道光学数据进行调节集中性分析。

本发明具备下述有益效果：

通过校准终端的光源为金机设备与光谱检测设备发出相同参数的光，然后对金机设备的检测参数与光谱校准设备的检测参数进行比对，根据比对结果生成校准参数，通过设备固定单元同时对一批次的多个光谱检测设备进行固定，从而实现批量性的光谱检测设备校准，大大提高校准效率；

通过参数分析模块可以对校准批次的光谱检测设备的校准参数进行处理分析，通过原始通道光学数据的偏差值将原始通道光学数据标记为准确数据或误差数据，然后根据光谱检测设备中的误差数据数量对光谱检测设备是否需要校准进行判定，最后通过初始系数对校准批次的初始误差状态进行反馈；

通过集中分析模块可以对光谱检测设备的原始通道光学数据进行调节集中性分析，通过对校准批次中原始通道光学数据被标记为误差数据的次数进行统计分析得到集中系数，从而集中系数对原始通道光学数据的调节集中性进行反馈，进而筛选得到集中数据，在后续检测中对集中数据进行重点检测，提高校准结果的精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体系统框图；

图2为本发明实施例一的结构示意图；

图3为本发明实施例二的系统框图；

图4为本发明实施例三的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于光谱检测设备的批量自动校准系统，包括处理器，处理器通信连接有校准终端、参数分析模块、集中分析模块以及存储模块。

实施例1

如图2所示，校准终端包括光源单元、待校准光谱检测设备单元、光谱金机单元、设备固定单元和校准单元；光源单元由标准光源组成，用于发射固定灯光；待校准光谱检测设备单元由光谱检测设备i组成，i=1，2，…，n，n为正整数，光谱金机单元包括经过校准的金机设备，设备固定单元是一种工装，可以固定检测设备，使得光谱金机与待校准设备同时接收相同强度和相同光谱的光；校准单元用于对光谱检测设备i和金机设备进行数据处理：光源将同一种光同时照射到金机设备和光谱检测设备i上，然后获取金机设备的原始通道光学数据Ye，e=1，2，…，m，m为正整数，并同时获取光谱检测设备i的原始通道光学数据Die，通过公式Sie=Ye/Die得到光谱检测设备i的校准参数Sie，由同一校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie构成对应校准批次的校准集合，在校准批次的校准集合发送至处理器，处理器接收到校准集合后将校准集合发送至参数分析模块；整个工作流程为：将待校准检测设备和金机依次安装在设备固定单元上，然后让光源单元发出均匀的光，使得光谱检测设备i和金机在同一时间接收到的光是同一种光，强度相同且光谱也相同，然后校准单元启动，就可以自动采集金机和光谱检测设备i的数据并进行计算校准；然后更换一批设备后，再启动一次就可以批量校准；其特点在于：该校准方法可以大批量自动校准光谱检测设备，极大提升校准设备的效率；通过校准终端的光源为金机设备与光谱检测设备发出相同参数的光，然后对金机设备的检测参数与光谱校准设备的检测参数进行比对，根据比对结果生成校准参数，通过设备固定单元同时对一批次的多个光谱检测设备进行固定，从而实现批量性的光谱检测设备校准，大大提高校准效率。

实施例2

如图3所示，参数分析模块用于对校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie进行处理分析：通过公式PCie=|Sie-1|得到光谱检测设备i中各个原始通道光学数据的偏差值PCie，通过存储模块获取到偏差阈值PCmin，将光谱检测设备i中各个原始通道光学数据的偏差值PCie与偏差阈值PCmin进行比较：若偏差值PCie小于偏差阈值PCmin，则判定对应原始通道光学数据的偏差程度满足要求，将光谱检测设备i中对应的原始通道光学数据标记为准确数据；若偏差值PCie大于等于偏差阈值PCmin，则判定对应原始通道光学数据的偏差程度不满足要求，将光谱检测设备i中对应的原始通道光学数据标记为误差数据；对光谱检测设备中误差数据的数量进行判定：若误差数据的数量为零，则将对应的光谱检测设备标记为免校设备；若误差数据的数量不为零，则由误差数据组成光谱检测设备i的调节数据组，将光谱检测设备i的调节数据组发送至处理器，处理器接收到调节数据组后将调节数据组发送至存储模块进行存储；将校准批次中的免校设备的数量标记为免校值MJ，通过公式得到校准批次的初始系数CS，其中α1与α2均为比例系数，且α1＞α2＞1，PCh为校准批次内偏差值PCie的和值；通过存储模块获取到初始阈值CSmax，将校准批次的初始系数CS与初始阈值CSmax进行比较：若初始系数CS小于初始阈值CSmax，则判定校准批次的初始误差状态满足要求；若初始系数CS大于等于初始阈值CSmax，则判定校准批次的初始误差状态不满足要求，生成初始异常信号并将初始异常信号发送至处理器，处理器接收到初始异常信号后将初始异常信号发送至管理人员的手机终端；对校准批次的光谱检测设备的校准参数进行处理分析，通过原始通道光学数据的偏差值将原始通道光学数据标记为准确数据或误差数据，然后根据光谱检测设备中的误差数据数量对光谱检测设备是否需要校准进行判定，最后通过初始系数对校准批次的初始误差状态进行反馈。

集中分析模块用于对光谱检测设备i的原始通道光学数据进行调节集中性分析：将校准批次中原始通道光学数据Die被标记为误差数据的次数标记为原始通道光学数据Ye的标记值BJe，由所有原始通道光学数据Ye的标记值BJe构成标记集合，对标记集合进行方差计算得到校准批次的集中系数，通过存储模块获取到集中阈值，将集中系数与集中阈值进行比较：若集中系数小于集中阈值，则判定校准批次不具有校准集中性；若集中系数大于等于集中阈值，则判定校准批次具有校准集中性，将原始通道光学数据Ye按照标记值由大到小的顺序进行排列得到原始序列，截取原始序列中排序靠前的L1个原始通道光学数据并标记为集中数据，L1为数值常量，L1的具体数值由管理人员自行设置；在下一校准批次中光谱检测设备i的集中数据被标记为准确数据时，将对应光谱检测设备i标记为复检设备；对光谱检测设备的原始通道光学数据进行调节集中性分析，通过对校准批次中原始通道光学数据被标记为误差数据的次数进行统计分析得到集中系数，从而集中系数对原始通道光学数据的调节集中性进行反馈，进而筛选得到集中数据，在后续检测中对集中数据进行重点检测，提高校准结果的精确性。

实施例3

如图4所示，一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法，包括以下步骤：

步骤一：通过光源单元对金机设备与光谱检测设备i发出固定光源，获取金机设备的原始通道光学数据Ye，同时获取光谱检测设备i的原始通道光学数据Die，然后对Ye与Die进行数值计算得到光谱检测设备i的校准参数Sie；

步骤二：对校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie进行处理分析：通过公式PCie=|Sie-1|得到光谱检测设备i中各个原始通道光学数据的偏差值PCie，通过偏差值PCie对原始通道光学数据的偏差程度是否满足要求进行判定；

步骤三：对光谱检测设备i的原始通道光学数据进行调节集中性分析：将校准批次中原始通道光学数据Die被标记为误差数据的次数标记为原始通道光学数据Ye的标记值BJe，由所有原始通道光学数据Ye的标记值BJe构成标记集合，对标记集合进行方差计算得到校准批次的集中系数，通过集中系数对校准批次是否具有校准集中性进行判定。

一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法，工作时，通过光源单元对金机设备与光谱检测设备i发出固定光源，获取金机设备的原始通道光学数据Ye，同时获取光谱检测设备i的原始通道光学数据Die，然后对Ye与Die进行数值计算得到光谱检测设备i的校准参数Sie；通过公式PCie=|Sie-1|得到光谱检测设备i中各个原始通道光学数据的偏差值PCie，通过偏差值PCie对原始通道光学数据的偏差程度是否满足要求进行判定；将校准批次中原始通道光学数据Die被标记为误差数据的次数标记为原始通道光学数据Ye的标记值BJe，由所有原始通道光学数据Ye的标记值BJe构成标记集合，对标记集合进行方差计算得到校准批次的集中系数，通过集中系数对校准批次是否具有校准集中性进行判定。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员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，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式；由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的初始系数；将设定的初始系数和采集的样本数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到α1以及α2的取值分别为4.38和2.14；

系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的初始系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可，如初始系数与免校值的数值成反比。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过光源单元对金机设备与光谱检测设备i发出固定光源，获取金机设备的原始通道光学数据Ye，同时获取光谱检测设备i的原始通道光学数据Die，然后对Ye与Die进行数值计算得到光谱检测设备i的校准参数Sie；

步骤二：对校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie进行处理分析：通过公式PCie=|Sie-1|得到光谱检测设备i中各个原始通道光学数据的偏差值PCie，通过偏差值PCie对原始通道光学数据的偏差程度是否满足要求进行判定；

步骤三：对光谱检测设备i的原始通道光学数据进行调节集中性分析：将校准批次中原始通道光学数据Die被标记为误差数据的次数标记为原始通道光学数据Ye的标记值BJe，由所有原始通道光学数据Ye的标记值BJe构成标记集合，对标记集合进行方差计算得到校准批次的集中系数，通过集中系数对校准批次是否具有校准集中性进行判定；

在步骤二中，对原始通道光学数据的偏差程度是否满足要求进行判定的具体过程包括：通过存储模块获取到偏差阈值PCmin，将光谱检测设备i中各个原始通道光学数据的偏差值PCie与偏差阈值PCmin进行比较：

若偏差值PCie小于偏差阈值PCmin，则判定对应原始通道光学数据的偏差程度满足要求，将光谱检测设备i中对应的原始通道光学数据标记为准确数据；

若偏差值PCie大于等于偏差阈值PCmin，则判定对应原始通道光学数据的偏差程度不满足要求，将光谱检测设备i中对应的原始通道光学数据标记为误差数据；

在步骤二中，对校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie进行处理分析的过程还包括：对光谱检测设备中误差数据的数量进行判定：若误差数据的数量为零，则将对应的光谱检测设备标记为免校设备；若误差数据的数量不为零，则由误差数据组成光谱检测设备i的调节数据组，将光谱检测设备i的调节数据组发送至处理器，处理器接收到调节数据组后将调节数据组发送至存储模块进行存储；将校准批次中的免校设备的数量标记为免校值MJ，通过公式得到校准批次的初始系数CS，其中α1与α2均为比例系数，且α1＞α2＞1，PCh为校准批次内偏差值PCie的和值；通过存储模块获取到初始阈值CSmax，将校准批次的初始系数CS与初始阈值CSmax进行比较并通过比较结果对校准批次的初始误差状态是否满足要求进行判定。

2.根据权利要求1所述的一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法，其特征在于，将校准批次的初始系数CS与初始阈值CSmax进行比较的具体过程包括：若初始系数CS小于初始阈值CSmax，则判定校准批次的初始误差状态满足要求；若初始系数CS大于等于初始阈值CSmax，则判定校准批次的初始误差状态不满足要求，生成初始异常信号并将初始异常信号发送至处理器，处理器接收到初始异常信号后将初始异常信号发送至管理人员的手机终端。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种基于光谱检测设备的批量自动校准方法，其特征在于，应用于基于光谱检测设备的批量自动校准系统当中，包括处理器，所述处理器通信连接有校准终端、参数分析模块、集中分析模块以及存储模块；

所述校准终端包括光源单元、待校准光谱检测设备单元、光谱金机单元、设备固定单元和校准单元；光源单元由标准光源组成，用于发射固定灯光；所述待校准光谱检测设备单元由光谱检测设备i组成，i=1，2，…，n，n为正整数，所述光谱金机单元包括经过校准的金机设备，设备固定单元用于对光谱检测设备i与金机设备进行固定，达到光学要求；所述校准单元用于对光谱检测设备i和金机设备进行数据处理：光源将同一种光同时照射到金机设备和光谱检测设备i上，然后获取金机设备的原始通道光学数据Ye，e=1，2，…，m，m为正整数，并同时获取光谱检测设备i的原始通道光学数据Die，通过对Ye与Die进行数值计算得到校准参数Sie，由同一校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie构成对应校准批次的校准集合，在校准批次的校准集合发送至处理器，处理器接收到校准集合后将校准集合发送至参数分析模块；

所述参数分析模块用于对校准批次的光谱检测设备i的校准参数Sie进行处理分析并将原始通道光学数据标记为准确数据或误差数据；

所述集中分析模块用于对光谱检测设备i的原始通道光学数据进行调节集中性分析。