模塊化便攜式拉曼光譜儀系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、拉曼光譜分析技術(shù)是一種以拉曼散射效應(yīng)為基礎(chǔ)的非接觸式光譜分析技術(shù)，它能對(duì)物質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性判定與定量分析。它作為一種新興發(fā)展起來(lái)的分析手段可提供快速、無(wú)損、實(shí)時(shí)、可重復(fù)等特點(diǎn)，成為了分析化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室用的拉曼光譜分析儀具有高靈敏度、高分辨率、寬光譜范圍的特點(diǎn)，這類儀器體積龐大，進(jìn)樣過(guò)程復(fù)雜，分析時(shí)間較長(zhǎng)，操作復(fù)雜程度高，不適合現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。國(guó)內(nèi)大多光學(xué)和儀器分析公司只是生產(chǎn)和銷售分離的光譜儀組件或分光系統(tǒng)，有些則是國(guó)

2、外品牌的代理。美國(guó)的B&W、Ocean Optics、英國(guó)的Renishaw等幾大國(guó)外著名品牌，憑借其先進(jìn)的技術(shù)在中國(guó)甚至全球市場(chǎng)中處于壟斷地位。
　　如何能讓拉曼光譜儀更親民、軟件更易用、辨識(shí)結(jié)果更準(zhǔn)確可靠，是本文的研究重點(diǎn)。本文提出一套模塊化便攜式拉曼光譜儀的設(shè)計(jì)思路:基于現(xiàn)有的不同廠家的光學(xué)、激光、電子等硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)一套模塊化可組合的便攜式激光拉曼光譜儀，在光譜辨識(shí)上采用自動(dòng)辨識(shí)為主，把復(fù)雜的光譜解讀工作盡可能的智能化，為

3、了實(shí)現(xiàn)這些思路，應(yīng)用了設(shè)計(jì)模式原理、光譜預(yù)處理算法、光譜辨識(shí)算法和模式識(shí)別技術(shù)。
　　1.在總體設(shè)計(jì)思路上:采用基于簡(jiǎn)單工廠的通訊接口獲取得到原始的光譜數(shù)據(jù)，通過(guò)光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到可以用來(lái)做自動(dòng)辨識(shí)的預(yù)處理后光譜數(shù)據(jù)，通過(guò)特征峰識(shí)別和模式識(shí)別結(jié)合的方式完成定性和定量的辨識(shí)。其中各個(gè)環(huán)節(jié)都采用的是模塊化設(shè)計(jì)思路，并提出了系統(tǒng)的模塊化解決方案。
　　2.為了解決不同硬件平臺(tái)提供的接口調(diào)用方式不一致以及為了使得軟硬件有效的分離問

4、題，提出了基于簡(jiǎn)單工廠的通訊接口設(shè)計(jì)思路。
　　3.為了解決光譜預(yù)處理中三個(gè)最基本問題之一平滑去噪問題。對(duì)提出了一種基于三次Bspline的平滑方法，該算法具有邏輯簡(jiǎn)單、易于編程等優(yōu)點(diǎn)，從擬合結(jié)果來(lái)看，平滑效果即能保留原始譜線的特征又能有效的提高信噪比。
　　4.為了解光譜自動(dòng)辨識(shí)中定性和定量分析的問題。提出了基于特征峰有無(wú)的自動(dòng)定性判定和針對(duì)拉曼的光譜定量問題建立的定量回歸模型。并進(jìn)行了算法驗(yàn)證，取得了較好的預(yù)測(cè)結(jié)果。