本發(fā)明涉及原子發(fā)射類光譜分析領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用MPT光譜儀的垂直觀測位置快速優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：MPT光譜儀由光源系統(tǒng)和光譜數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成，光源系統(tǒng)用于激發(fā)出待測樣品中的元素的特征光譜；光譜采集分析系統(tǒng)用于采集光源系統(tǒng)激發(fā)出的元素特征光譜信息，然后利用特征光譜信息進(jìn)行樣品中元素的定性或定量分析。MPT光譜儀在開始進(jìn)行特征光譜信息采集前，要先進(jìn)行觀測位置的優(yōu)化，通過調(diào)整光譜采集系統(tǒng)的采光口與光源系統(tǒng)的相對位置，使采光口對準(zhǔn)光源上譜線發(fā)射強(qiáng)度最強(qiáng)的點，這樣才能保證儀器有最佳的分析性能和準(zhǔn)確性，所以觀測位置的優(yōu)化工作是MPT光譜儀的運(yùn)行過程中的一個重要環(huán)節(jié)，觀測位置的優(yōu)化的速度和準(zhǔn)確性直接影響到儀器的分析效率和性能。MPT光譜儀光源系統(tǒng)與光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采光口之間距離是固定的，該距離是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的焦距。觀測位置優(yōu)化時，只對水平和垂直兩個維度的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般情況下，觀測位置的優(yōu)化方式采用在指定的區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行逐行逐點采集元素譜線的發(fā)射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，然后在采集到的元素譜線的發(fā)射強(qiáng)度中找出最大發(fā)射強(qiáng)度值對應(yīng)的觀測位置，確定為最佳觀測位置。上述的傳統(tǒng)觀測位置優(yōu)化方法，當(dāng)點間距(調(diào)節(jié)精度)太大時，不能找到最優(yōu)的觀測位置；當(dāng)點間距(調(diào)節(jié)精度)太小時，觀測位置優(yōu)化過程占用的時間會非常長。以MPT全譜儀為例，一次光譜數(shù)據(jù)采集需要12秒，如果要在1cm*1cm的區(qū)域內(nèi)對觀測位置進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)節(jié)精度為0.05cm,則需要采集400個全譜數(shù)據(jù)，僅采集數(shù)據(jù)耗時就需要80分鐘，在采集數(shù)據(jù)的過程中，標(biāo)準(zhǔn)樣品和氣體要持續(xù)通入，所以傳統(tǒng)優(yōu)化方法存在標(biāo)準(zhǔn)樣品和氣體的消耗量大，優(yōu)化成本高，優(yōu)化時間長的問題。而且0.05cm并不算很高的精度，獲得的觀測位置可能只是一個較好的觀測位置，不是最佳觀測位置，更高的精度，將進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)樣品和氣體的消耗和儀器的使用成本。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)MPT光譜儀觀測位置優(yōu)化過程存在的耗時長、成本高、準(zhǔn)確率低的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種適用于原子發(fā)射類光譜分析領(lǐng)域中MPT光譜儀垂直觀測位置優(yōu)化的方法，根據(jù)較少量的采集數(shù)據(jù)得到指定波長的最佳觀測位置，有效地避免傳統(tǒng)的逐點掃描式方法所存在的數(shù)據(jù)量大、優(yōu)化周期長的問題，提高儀器的分析效率，減少對標(biāo)準(zhǔn)樣品、氣體等資源消耗，進(jìn)一步降低儀器的使用成本。根據(jù)本發(fā)明提供的一種適用MPT光譜儀的垂直觀測位置快速優(yōu)化方法，包括：步驟1，對初測區(qū)域進(jìn)行N個觀測位置的待測波長光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集獲得光譜強(qiáng)度初測矩陣R，其中，所述特征點數(shù)N滿足以下公式：公式中，Z為可靠性系數(shù)；λ為觀測位置的預(yù)設(shè)精度，M初為所述初測區(qū)域面積，M初的單位為平方厘米，E為最大可接受誤差值；根據(jù)所述觀測位置的預(yù)設(shè)精度λ生成全觀測區(qū)域的單位矩陣：A=[Ix,y]=Ix,y=1x=0,λ,2λ,...,jλy=0,λ,2λ,...,kλ]]>其中，j＝W全/λ，W全為全觀測區(qū)域的寬度，W全的單位為厘米，k＝H全/λ，H全為全觀測區(qū)域的高度，H全的單位為厘米；步驟2，根據(jù)光譜強(qiáng)度初測矩陣R和全觀測區(qū)域的單位矩陣A進(jìn)行空間插值算法獲得全觀測區(qū)域內(nèi)光譜強(qiáng)度預(yù)測模型T，所述T的每個元素包括一個坐標(biāo)和對應(yīng)坐標(biāo)上的光譜強(qiáng)度值；步驟3，求解全觀測區(qū)域內(nèi)光譜強(qiáng)度預(yù)測模型T中光譜強(qiáng)度最大的元素MAX，根據(jù)該光譜強(qiáng)度最大的元素MAX獲得的坐標(biāo)為最佳觀測位置。作為一種優(yōu)化方案，所述可靠性系數(shù)Z為0.85～4.9。作為一種優(yōu)化方案，所述最大可接受誤差值E為觀測位置的精度的一半。作為一種優(yōu)化方案，步驟1中所述光譜強(qiáng)度初測矩陣R具體為：R=(Ix,y)x=0,a,2a,...,may=0,b,2b,...,mb,]]>其中，a＝W初/m，W初為初測區(qū)域的寬度，W初的單位為厘米，b＝H初/m，H初為初測區(qū)域的高度，H初的單位為厘米。作為一種優(yōu)化方案，所述步驟3包括：若所述光譜強(qiáng)度最大的元素MAX只有一個，則該光譜強(qiáng)度最大的元素MAX的坐標(biāo)為所述最佳觀測位置；若所述光譜強(qiáng)度最大的元素MAX的數(shù)量多于一個，則先根據(jù)光譜強(qiáng)度最大的元素MAX的坐標(biāo)進(jìn)行實測，再根據(jù)實測獲得的最大光強(qiáng)值所在的坐標(biāo)確定所述最佳觀測位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明公開了一種適用MPT光譜儀的垂直觀測位置快速優(yōu)化方法。采用基于少量的采集數(shù)據(jù)獲得指定波長的最佳觀測位置，有效地避免了傳統(tǒng)的逐點掃描式方法所存在的數(shù)據(jù)量大、優(yōu)化周期長的問題，提高了儀器的分析效率，減少了對標(biāo)準(zhǔn)樣品、氣體等資源消耗，有效降低了儀器的使用成本。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。附圖中：圖1是可選的一種適用MPT光譜儀的垂直觀測位置快速優(yōu)化方法的流程實施例；圖2是可選實施例中的全觀測區(qū)域內(nèi)的光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)趨勢預(yù)測模型示意圖。具體實施方式下文結(jié)合附圖以具體實施例的方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，還可以使用其他的實施例，或者對本文列舉的實施例進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能上的修改，而不會脫離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)。在本發(fā)明提供的一種適用MPT光譜儀的垂直觀測位置快速優(yōu)化方法的實施例中，如圖1所示，包括：步驟1，對初測區(qū)域進(jìn)行N個觀測位置的待測波長光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集獲得光譜強(qiáng)度初測矩陣R，其中，所述特征點數(shù)N滿足以下公式：公式中，Z為可靠性系數(shù)，Z標(biāo)識計算結(jié)果的置信度，所述可靠性系數(shù)Z可選范圍為0.85～4.9，作為一種實施例優(yōu)選為2.17；λ為觀測位置的預(yù)設(shè)精度，M初為所述初測區(qū)域面積，M初的單位為平方厘米，E為最大可接受誤差值，所述最大可接受誤差值E可選為觀測位置的精度的一半。根據(jù)所述觀測位置的預(yù)設(shè)精度λ生成全觀測區(qū)域的單位矩陣：A=[Ix,y]=Ix,y=1x=0,λ,2λ,...,jλy=0,λ,2λ,...,kλ]]>其中，j＝W全/λ，W全為全觀測區(qū)域的寬度，W全的單位為厘米，k＝H全/λ，H全為全觀測區(qū)域的高度，H全的單位為厘米。本實施例中初測區(qū)域可以是全觀測區(qū)域的局部或全部。步驟2，根據(jù)光譜強(qiáng)度初測矩陣R和全觀測區(qū)域的單位矩陣A進(jìn)行空間插值算法獲得全觀測區(qū)域內(nèi)光譜強(qiáng)度預(yù)測模型T，所述T的每個元素包括一個坐標(biāo)和對應(yīng)坐標(biāo)上的光譜強(qiáng)度值。步驟3，求解全觀測區(qū)域內(nèi)光譜強(qiáng)度預(yù)測模型T中光譜強(qiáng)度最大的元素MAX，根據(jù)該光譜強(qiáng)度最大的元素MAX獲得的坐標(biāo)為最佳觀測位置。步驟1中所述光譜強(qiáng)度初測矩陣R具體為：R=(Ix,y),{x=0,a,2a,...,may=0,b,2b,...,mb,]]>其中，a＝W初/m，W初為初測區(qū)域的寬度，W初的單位為厘米，b＝H初/m，H初為初測區(qū)域的高度，H初的單位為厘米。所述步驟3包括：若所述光譜強(qiáng)度最大的元素MAX只有一個，則該光譜強(qiáng)度最大的元素MAX的坐標(biāo)為所述最佳觀測位置；若所述光譜強(qiáng)度最大的元素MAX的數(shù)量多于一個，則先根據(jù)光譜強(qiáng)度最大的元素MAX的坐標(biāo)進(jìn)行實測，再根據(jù)實測獲得的最大光強(qiáng)值所在的坐標(biāo)確定所述最佳觀測位置。以下按照實施流程描述本發(fā)明的一種實施例：針對常規(guī)MPT光譜儀觀測位置優(yōu)化過程存在的耗時長、成本高、準(zhǔn)確率低的問題，本發(fā)明提出了一種適用MPT光譜儀的垂直觀測位置快速優(yōu)化方法。作為一種實施例，操作步驟如下：1)對初始觀測區(qū)域進(jìn)行N個觀測位置的待測波長光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，特征點數(shù)的估算公式如下：特征點數(shù)N滿足以下條件：Z為可靠性系數(shù)，標(biāo)識計算結(jié)果的置信度，本優(yōu)化方法中推薦值為2.17(置信度為0.98)；λ為觀測位置的預(yù)設(shè)精度；M初為初始觀測區(qū)域面積，單位為平方厘米；E為可接受誤差值，通常為觀測位置的精度的一半。特征點采用按設(shè)定規(guī)則采樣的方法獲取，即固定間隔位置采樣。特征點數(shù)據(jù)是一個由(x,y)坐標(biāo)處的光譜強(qiáng)度值組成的矩陣，定義如下：R=(Ix,y),x=0,a,2a,...,may=0,b,2b,...,mb]]>其中，N為特征點數(shù)；a＝W初/m，W初為觀測區(qū)域的寬度，單位為厘米；b＝H初/m，H初為觀測區(qū)域的高度，單位為厘米；2)根據(jù)觀測位置優(yōu)化精度要求，生成優(yōu)化數(shù)據(jù)矩陣A。A為全觀測區(qū)域，等間隔(j+1)*(k+1)的矩陣，定義如下：A=[Ix,y]=Ix,y=1x=0,λ,2λ,...,jλy=0,λ,2λ,...,kλ]]>其中，λ為觀測位置的預(yù)設(shè)精度值，也是優(yōu)化精度；j＝W全/λ，W全為全觀測區(qū)域的寬度，單位為厘米；k＝H全/λ，H全為全觀測區(qū)域的高度，單位為厘米；3)利用采集得到的N個特征點數(shù)據(jù)，利用空間插值算法，求得優(yōu)化數(shù)據(jù)矩陣A中各元素對應(yīng)位置的光譜強(qiáng)度值，得到整個觀測區(qū)域內(nèi)的光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)趨勢預(yù)測模型T，T是一個(j+1)*(k+1)的數(shù)據(jù)矩陣，矩陣的每個元素包括一個坐標(biāo)值和對應(yīng)坐標(biāo)上的光譜強(qiáng)度值。4.求解T中的光譜強(qiáng)度最大的元素，該元素的坐標(biāo)數(shù)據(jù)即為最佳觀測位置；針對第4步中的特殊情況說明：當(dāng)求解T中的光譜強(qiáng)度得到的最大的元素的個數(shù)多于1時，則多個元素都做為最佳觀測位置，然后對得到的各元素的光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行實測，實測數(shù)據(jù)中光譜強(qiáng)度值最大的值對應(yīng)的元素的坐標(biāo)值即為最佳觀測位置本發(fā)明中所述空間插值算法是一種比較成熟的算法，目前已開發(fā)出包括距離倒數(shù)乘方法(InverseDistancetoaPower)、克里金法(Kriging)、最小曲率法(MinimumCurvature)、多元回歸法(PolynomialRegression)、徑向基本函數(shù)法(RadialBasisFunction)、謝別德法(Shepard'sMethod)、三角網(wǎng)/線形插值法(TriangulationwithLinearInterpolation)、自然鄰點插值法(NaturalNeighbor)、最近鄰點插值法最近鄰點插值法(NearestNeighbor)、MovingAverage(移動平均法)在內(nèi)的多種實現(xiàn)算法，本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對具體的計算流程進(jìn)行選擇設(shè)計，都可以實現(xiàn)空間插值的效果而獲得全觀測區(qū)域中的光譜強(qiáng)度趨勢預(yù)測模型T。以下為一種利用本發(fā)明方法進(jìn)行實測獲得數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)方法過程的對比例：傳統(tǒng)方法例：全觀測區(qū)域為1cm*1cm，優(yōu)化精度為0.05cm,傳統(tǒng)逐行逐點采集元素譜線的發(fā)射強(qiáng)度數(shù)據(jù)如下表所示，下表表頭橫向第一行標(biāo)題為水平坐標(biāo)x，縱向第一列標(biāo)題為垂直坐標(biāo)y，明顯可得到最佳觀測位置坐標(biāo)為(0.70，0.65)。表1本發(fā)明的方法例：采用MPT光譜儀的垂直觀測位置快速優(yōu)化方法，采集的特征數(shù)據(jù)如下表：表2如圖2，計算得到的整個觀測區(qū)域內(nèi)的光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)趨勢預(yù)測模型T，求解出的最佳觀測位置見圖2，可見最佳觀測位置與傳統(tǒng)方法一致坐標(biāo)為(0.7，0.75)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)優(yōu)化方法所存在的耗時長，資源消耗量大，使用成本高的問題。以上所的對比例為例，在實際實驗過程中，傳統(tǒng)方法僅采集數(shù)據(jù)耗時就需要80分鐘；而本專利所述方法只需采集9個特征數(shù)據(jù)，采集耗時僅為4.8分鐘，大大減少了優(yōu)化耗時，降低了儀器的使用成本，也提高了觀測位置優(yōu)化的周期，提高了儀器的分析效率。與傳統(tǒng)方法相比，優(yōu)化得到的位置坐標(biāo)具有更高的精度和準(zhǔn)確性。與傳統(tǒng)方法相比，具有節(jié)能和環(huán)保的潛在優(yōu)點。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些特征和實施例進(jìn)行各種改變或等同替換。另外，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以對這些特征和實施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施例都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3