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)展起來的分析手段可提供快速、無損、實時、可重復(fù)等特點，成為了分析化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。傳統(tǒng)實驗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，這類儀器體積龐大，進(jìn)樣過程復(fù)雜，分析時間較長，操作復(fù)雜程度高，不適合現(xiàn)場快速檢測。國內(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

2、外品牌的代理。美國的B&W、Ocean Optics、英國的Renishaw等幾大國外著名品牌，憑借其先進(jìn)的技術(shù)在中國甚至全球市場中處于壟斷地位。
　　如何能讓拉曼光譜儀更親民、軟件更易用、辨識結(jié)果更準(zhǔn)確可靠，是本文的研究重點。本文提出一套模塊化便攜式拉曼光譜儀的設(shè)計思路:基于現(xiàn)有的不同廠家的光學(xué)、激光、電子等硬件平臺，設(shè)計一套模塊化可組合的便攜式激光拉曼光譜儀，在光譜辨識上采用自動辨識為主，把復(fù)雜的光譜解讀工作盡可能的智能化，為

3、了實現(xiàn)這些思路，應(yīng)用了設(shè)計模式原理、光譜預(yù)處理算法、光譜辨識算法和模式識別技術(shù)。
　　1.在總體設(shè)計思路上:采用基于簡單工廠的通訊接口獲取得到原始的光譜數(shù)據(jù)，通過光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到可以用來做自動辨識的預(yù)處理后光譜數(shù)據(jù)，通過特征峰識別和模式識別結(jié)合的方式完成定性和定量的辨識。其中各個環(huán)節(jié)都采用的是模塊化設(shè)計思路，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，提出了基于簡單工廠的通訊接口設(shè)計思路。
　　3.為了解決光譜預(yù)處理中三個最基本問題之一平滑去噪問題。對提出了一種基于三次Bspline的平滑方法，該算法具有邏輯簡單、易于編程等優(yōu)點，從擬合結(jié)果來看，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.為了解光譜自動辨識中定性和定量分析的問題。提出了基于特征峰有無的自動定性判定和針對拉曼的光譜定量問題建立的定量回歸模型。并進(jìn)行了算法驗證，取得了較好的預(yù)測結(jié)果。