一种全谱直读光谱仪的实时校正方法

摘要

本发明涉及一种全谱式直读光谱采用的光谱位置校正方法，尤其涉及一种全谱直读光谱仪的实时校正方法，包括如下步骤：1)根据需求对全谱直读光谱仪进行数据定制；2)根据不同的分析阶段建立分析曲线，保存数据，所述分析阶段包括第一分析阶段以及其他分析阶段；3)对全谱直读光谱仪进行现场准备；4)使用全谱直读光谱仪对样品进行分析。全谱直读光谱仪使用时不需要进入专门的软件功能模块进行校正操作，简化全谱直读光谱仪的使用。全谱直读光谱仪光室不需要进行恒温，在室温条件下，全谱直读光谱仪可以正常使用，从而极大的方便全谱直读光谱仪的使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种全谱式直读光谱采用的光谱位置校正方法，尤其涉及一种全谱直读光谱仪的实时校正方法。

背景技术

直读光谱仪是一种精密的光学仪器，其光学结构置于密封的光室内部，在仪器的使用过程中激发样品产生的光信号进入光室，通过光学结构投射到线阵传感器上转换为电信号，然后通过电子模块转换为数字信号存储在单片机中，运行在电脑上的分析软件从单片机中读取数字信号，进行分析和计算，得到样品中各个化学元素的含量。

依据探测器，直读光谱仪可以分为通道式和全谱式两种，通道式直读光谱仪采用光电倍增光管PMT为探测器，每个光电倍增光管PMT对应于一个通道，测量一个分析元素；全谱式直读光谱仪采用电荷耦合原件CCD作为探测器，电荷耦合原件CCD是一种线阵探测器，每片电荷耦合原件CCD可以采集一定范围的光谱信号，可以测量多个分析元素。

全谱直读光谱仪采用线阵探测器将光信号转换为电信号。在全谱直读光谱仪的使用过程中，光室温度和真空度的变化会影响光路结构，造成光谱与线阵探测器相对位置的微小变化，表现为特定波长对应于线阵探测器上的像素发生偏移，即光谱位置变化。

目前，全谱式直读光谱仪采用的光谱位置校正方法是光谱匹配法，其操作过程是：在光谱仪进行定标完成后，进入光谱校正软件模块，设定激发参数，激发光谱校正样，设定采集的光谱为参考光谱REFS，在仪器使用过程中，每隔一段时间或者进行光学透镜的清理维护后，进入光谱校正软件模块，激发光谱校正样，采集的光谱记为当前光谱CURS，第n片CCD的参考光谱和当前光谱进行匹配分别记为REFS_n和CURS_n，以像素为步长平移CURS_n，记第k次平移为CURS_n_k,

计算CURS_n_k与REFS_n的相关系数，如果k的范围是-L<=k<=L,则可以得到2L+1个相关系数，相关系数的最大值点，即代表该片CCD光谱发生的偏移，计算谱线位置的时候，添加该偏移量即可得到真实的谱线位置。

光谱匹配法的执行是通过单独的软件模块进行，两次操作之间通常会间隔一段时间，这段时间内要求光学系统恒温和光室真空度稳定。如果在两次光谱位置校正执行的间隔时间内，光学系统的温度或者真空发生波动，光谱位置偏移造成的数据变化则无法自动消除。特别是当光室温度因掉电等原因发生变化时，光室重新到达设定温度并稳定，需要较长时间，温度变化必然带来谱线偏移，分析数据波动，其结果是用户需要等待较长时间，仪器重新稳定后进行校正，然后进行分析。对于炉前应用等使用环境来说，非常不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了减小因光室温度和真空度变化对全谱式直读光谱仪的分析数据的影响，本发明提供一种一种全谱直读光谱仪的实时校正方法来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全谱直读光谱仪的实时校正方法，所述全谱直读光谱仪的实时校正方法包括如下步骤：

 1）根据需求对全谱直读光谱仪进行数据定制，所述数据定制包括：

 1.1）对全谱直读光谱仪进行定标操作；

 1.2）在光谱校正模块中设定激发参数，激发光谱校正样，将采集到的光谱设定为参考光谱REFS，设定光谱匹配参数并保存数据；

 2）根据不同的分析阶段建立分析曲线，保存数据，所述分析阶段包括第一分析阶段以及其他分析阶段；

 3）对全谱直读光谱仪进行现场准备，所述现场准备包括：

 3.1）当全谱直读光谱仪到达使用现场后对所述全谱直读光谱仪进行安装上电；

 3.2）开启全谱直读光谱仪，等待光谱仪光室的真空度到达设定值；

 4）使用全谱直读光谱仪对样品进行分析，包括：

 4.1）调用分析曲线，激发样品；

 4.2）采集光谱；

 4.3）第一分析阶段光谱与参考光谱REFS进行匹配，计算探测器位置偏移，对每块电荷耦合原件CCD对应的光谱进行匹配，计算出光谱位置校正多项式，第n块CCD对应的校正多项式记为POL_n，其中电荷耦合原件CCD作为全谱式直读光谱仪的探测器，电荷耦合原件CCD是一种线阵探测器，每片电荷耦合原件CCD可以采集光谱信号，可以测量分析元素；

 4.4）根据波长和定标映射表获取谱线位置，带入相应的位置校正多项式POL_n，计算得到谱线当前的正确位置；

 4.5）对谱线峰值进行积分，得到谱线强度，带入分析曲线，并经过干扰校正操作，计算得到元素的含量。

进一步的，所述步骤2）中，第一分析阶段设定激发参数与光谱校正模块中的激发参数相同，其余分析阶段的激发参数根据要求进行设定。

为了提高计算效率，所述步骤4.3）中，POL_n的计算方法为将第n块电荷耦合原件CCD对应的光谱按照固定宽度w进行分段，段数记为K，执行匹配操作时，逐段进行，可以得到K个匹配位置，第p个位置记为（x_p，y_p），x_p为参考光谱上的第p段的中心位置，y_p为当前光谱上的第p段的中心位置，K个匹配位置进行最小二乘拟合，得到y=f(x)，该多项式即是POL_n。

本发明的有益效果是，全谱直读光谱仪每次测量都可以进行光谱位置校正，由于全谱直读光谱仪分析样品的时间通常在20到40秒之间，进行谱线位置校正所花费时间通常小于2秒，因此实时校正不会对全谱直读光谱仪的使用带来明显影响，可以有效的消除温度等环境因素变化对光谱仪的影响，提升使用的方便性和数据的稳定性。使用时不需要进入专门的软件功能模块进行校正操作，简化全谱直读光谱仪的使用。全谱直读光谱仪光室不需要进行恒温，在室温条件下，全谱直读光谱仪可以正常使用，从而极大的方便全谱直读光谱仪的使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明全谱直读光谱仪实时校正方法的操作流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明一种全谱直读光谱仪的实时校正方法，所述全谱直读光谱仪的实时校正方法包括如下步骤：

 1）根据需求对全谱直读光谱仪进行数据定制，所述数据定制包括：

 1.1）对全谱直读光谱仪进行定标操作；

 1.2）在光谱校正模块中设定激发参数，激发光谱校正样，将采集到的光谱设定为参考光谱REFS，设定光谱匹配参数并保存数据；

 2）根据不同的分析阶段建立分析曲线，保存数据，所述分析阶段包括第一分析阶段以及其他分析阶段；

 3）对全谱直读光谱仪进行现场准备，所述现场准备包括：

 3.1）当全谱直读光谱仪到达使用现场后对所述全谱直读光谱仪进行安装上电；

 3.2）开启全谱直读光谱仪，等待光谱仪光室的真空度到达设定值；

 4）使用全谱直读光谱仪对样品进行分析，包括：

 4.1）调用分析曲线，激发样品；

 4.2）采集光谱；

 4.3）第一分析阶段光谱与参考光谱REFS进行匹配，计算探测器位置偏移，对每块电荷耦合原件CCD对应的光谱进行匹配，计算出光谱位置校正多项式，第n块CCD对应的校正多项式记为POL_n，其中电荷耦合原件CCD作为全谱式直读光谱仪的探测器，电荷耦合原件CCD是一种线阵探测器，每片电荷耦合原件CCD可以采集光谱信号，可以测量分析元素；

 4.4）根据波长和定标映射表获取谱线位置，带入相应的位置校正多项式POL_n，计算得到谱线当前的正确位置；

 4.5）对谱线峰值进行积分，得到谱线强度，带入分析曲线，并经过干扰校正操作，计算得到元素的含量。

进一步的，所述步骤2）中，第一分析阶段设定激发参数与光谱校正模块中的激发参数相同，其余分析阶段的激发参数根据要求进行设定。

为了提高计算效率，所述步骤4.3）中，POL_n的计算方法为将第n块电荷耦合原件CCD对应的光谱按照固定宽度w进行分段，段数记为K，执行匹配操作时，逐段进行，可以得到K个匹配位置，第p个位置记为（x_p，y_p），x_p为参考光谱上的第p段的中心位置，y_p为当前光谱上的第p段的中心位置，K个匹配位置进行最小二乘拟合，得到y=f(x)，该多项式即是POL_n。

全谱直读光谱仪分析样品的时间在20到40秒之间，进行谱线位置校正所花费时间小于2秒，因此实时校正不会对光谱仪的使用带来明显影响，可以有效的消除温度等环境因素变化对光谱仪的影响，提升使用的方便性和数据的稳定性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。