用于成分检测的光谱分析系统及光谱分析方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于成分检测的光谱分析系统及光谱分析方法，其中光谱分析系统应用于金属成分分析装置中，光谱分析设备包括：降噪处理模块，用于对校正金属样本的光谱数据进行降噪处理，以及对检测金属样本的光谱数据进行降噪处理；校正建模模块，用于基于校正金属样本的光谱数据用化学计量学软件进行建模，得到金属成分测定模型；检测分析模块，用于采用金属成分测定模型和检测金属样本的光谱数据进行分析；以及通信模块。采用该种技术，结合化学计量学和建模建立金属成分分析的校正模型，有选择性地提取与分类目标有关的信息并抑制非相关特征和噪声的影响，可以有效消除各种非目标因素对光谱造成的影响，实现光谱分析更好的技术效果。

Spectral analysis system and spectral analysis method for component detection

The invention relates to a method for spectrum analysis system component detection and spectral analysis method, the spectral analysis system used in metal component analysis apparatus, spectral analysis equipment including: noise reduction processing module, used for spectral data correction of metal sample noise reduction processing, and the spectral data to detect metal samples for noise reduction; calibration modeling module, used for spectral data correction of metal samples based on chemometrics software modeling, get the determination model of metal components; detection and analysis module, the spectral data for the determination of model and detection of metal samples using metal component analysis and communication module. By using this new technology, combined with chemometrics and modeling correction model of metal component analysis, selective extraction and classification of target information and the inhibitory effect of non related features and noise, can effectively eliminate the influence of various factors on the non target spectrum caused by the effect of better spectral analysis technology.

【技术实现步骤摘要】
用于成分检测的光谱分析系统及光谱分析方法
本专利技术涉及金属检测
，尤其涉及金属成分检测
，具体是指一种用于成分检测的光谱分析系统及光谱分析方法。
技术介绍
随着社会发展，各种金属的应用越来越广泛。而金属的不同成分的分析，一直是社会研究的热点问题。现有技术中，虽然有采用各种方式进行金属成分分析的，但一般都需要与金属进行接触性测试，或者需要将金属与其他物质发生化学反应。采用接触性测试，会造成测试不方便，并且操作均需要人力进行，十分费时费力；采用与其他物质发生化学反应的方法，会造成金属样本的破坏，对于需要保留金属样本的场合十分不适用。因此，急需一种新的金属成分分析的方法。现有技术中，已经出现了采用激光进行产品分析的方法，但主要应用于纤维制品、纺织制品等，还没有应用到金属成分的分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种用于成分检测的光谱分析系统及光谱分析方法，结合化学计量学和建模建立金属成分分析的校正模型，有选择性地提取与分类目标有关的信息并抑制非相关特征和噪声的影响。为了实现上述目的，本专利技术具有如下构成：该用于成分检测的光谱分析系统，所述的光谱分析系统应用于金属成分分析装置中，所述光谱分析设备包括：降噪处理模块，用于对校正金属样本的光谱数据进行降噪处理，以及对检测金属样本的光谱数据进行降噪处理；校正建模模块，用于基于所述校正金属样本的光谱数据用化学计量学软件进行建模，得到金属成分测定模型；检测分析模块，用于采用所述金属成分测定模型和所述检测金属样本的光谱数据，分析得到所述检测金属样本的成分分析数据；以及通信模块，用于与所述控制设备进行通信；所述金属成分分析装置中包括：取样机器人，用于将金属样品放置于样品室内；所述取样机器人包括第一机械手臂、第二机械手臂、第三手臂和底座，所述第一机械手臂、所述第二机械手臂和所述第三手臂的一端均活动连接于所述底座，所述样品室位于所述第一机械手臂的另一端的活动范围之内，且所述样品室位于所述第二机械手臂的另一端的活动范围之内，所述第一机械手臂用于将所述透明外罩提升或放置回原位，所述第二机械手臂用于将金属样品从托盘中取出或将新的金属样品放置到所述托盘中，所述第三机械手臂的表面环绕设置有擦洗毛刷，所述取样机器人的第一机械手臂将所述透明外罩提升至预设高度时，且所述托盘中没有金属样品时，所述取样机器人的第三手臂对所述托盘进行擦洗；脉冲激光器，用于向所述样品室发射脉冲激光，所述脉冲激光器的超短脉冲输出端对准光谱探测设备中的光谱收集透镜组；光谱探测设备，用于接收激光经所述样品室后的光谱，并将光谱数据发送至控制设备；光谱分析设备，用于从所述控制设备接收所述光谱数据，并根据所述光谱数据分析金属样品的成分；以及控制设备，用于控制所述取样机器人放置样品后，依次触发所述脉冲激光器和光谱探测设备，接收所述光谱探测设备发送的光谱数据，并将所述光谱数据发送至所述光谱分析设备；所述控制设备包括：控制通信模块，用于分别与所述取样机器人、脉冲激光器、光谱探测设备和光谱分析设备进行通信；数据异常判断模块，用于判断所述光谱分析设备的成分分析结果是否异常；以及报警模块，用于当所述数据异常判断模块判断所述成分分析结果异常时，进行报警。较佳地，所述光谱探测设备包括光谱收集透镜组、光纤接口、激光激发透镜组和角度调节器，所述光谱收集透镜组与所述光纤接口相连接，所述光谱收集透镜组的前端与所述角度调节器相连接，所述激光激发透镜组与所述角度调节器相连接；所述激光激发透镜组的内透镜位置可调节；所述角度调节器的角度可配合所述光谱收集透镜组在15～75度范围内调整。较佳地，所述控制设备将所述光谱分析设备的成分分析结果中各种成分的占比与预设预测范围进行比较，如果偏差超过预设阈值，则判断所述光谱分析设备的成分分析结果异常，否则，判断所述光谱分析设备的成分分析结果正常。较佳地，所述脉冲激光器包括驱动供电模块和激光器模块，所述驱动供电模块包括供电电源单元和脉冲产生单元，所述供电电源单元与所述脉冲产生单元相连接，所述脉冲产生单元用于产生所需脉冲参数的电脉冲；所述激光器模块包括脉冲电平转换单元、脉冲电流开关和脉冲激光器单元，所述脉冲电平转换单元用于将所述脉冲产生单元产生的电脉冲升高至所需电平以满足所述脉冲电流开关的驱动要求，所述脉冲产生单元通过同轴电缆与所述脉冲电平转换单元相连接，所述脉冲电流开关的输出端与所述脉冲激光器单元相连接；所述脉冲激光器单元包括半导体激光器、光纤预放大器、光纤主放大器、脉冲选择器以及超短脉冲输出端；所述脉冲电流开关与所述半导体激光器相连接，所述半导体激光器依次通过所述光纤预放大器、光纤主放大器以及脉冲选择器接入超短脉冲输出端；所述半导体激光器与脉冲选择器相连接，所述半导体激光器是光纤耦合输出的半导体激光器。更佳地，所述光纤预放大器包括光纤波分复用器、抽运半导体激光器、第一增益光纤、光纤滤波器以及第一光纤隔离器；所述半导体激光器以及抽运半导体激光器分别通过所述光纤波分复用器接入所述第一增益光纤，所述第一增益光纤通过所述光纤滤波器接入所述第一光纤隔离器；所述光纤主放大器包括高功率抽运光源、光纤合波器、第二增益光纤以及第二光纤隔离器；所述第一光纤隔离器依次通过所述光纤合波器和第二增益光纤接入第二光纤隔离器；所述高功率抽运光源接入所述光纤合波器。更进一步地，所述脉冲选择器包括强度调制器、可调延时器以及强度调制器驱动电源；所述脉冲电流开关通过所述可调延时器和强度调制器驱动电源接入所述强度调制器，所述第二光纤隔离器通过所述强度调制器接入所述超短脉冲输出端；所述供电电源单元通过供电导线与所述脉冲激光器单元相连接，所述供电导线与所述同轴电缆组合成复合电缆，所述同轴电缆的特性阻效为75欧姆。本专利技术还涉及一种光谱分析方法，采用所述的光谱分析系统，所述光谱分析方法包括如下步骤：所述降噪处理模块获取校正金属样本的光谱数据，并进行降噪处理；所述校正建模模块基于所述校正金属样本的光谱数据用化学计量学软件进行建模，得到金属成分测定模型；所述降噪处理模块获取检测金属样本的光谱数据，并进行降噪处理；以及所述检测分析模块采用所述金属成分测定模型和所述检测金属样本的光谱数据，分析得到所述检测金属样本的成分分析数据。较佳地，所述降噪处理模块获取校正金属样本的光谱数据之前，还包括如下步骤：采集已知成分组成的校正金属样本，所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩提升至预设高度，通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述校正金属样本放置于样品室，所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩放置回原位；所述控制设备控制所述脉冲激光器向所述样本室发射短波脉冲激光；以及所述控制设备控制所述光谱探测设备采集经所述光路系统后的光谱，并将校正金属样本的光谱数据发送至所述光谱分析设备；所述降噪处理模块获取检测金属样本的光谱数据之前，还包括如下步骤：所述取样机器人的第一机械手臂将所述样品室的透明外罩提升至预设高度，通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述校正金属样本取出；开启所述吹风设备，吹去所述托盘表面的残留物；采集待测定的检测金属样本，并通过所述取样机器人的第二机械手臂将所述检测金属样本放置于样品室，所述取样机器人的第一机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于成分检测的光谱分析系统，其特征在于，所述的光谱分析系统应用于金属成分分析装置中，所述光谱分析设备包括：降噪处理模块，用于对校正金属样本的光谱数据进行降噪处理，以及对检测金属样本的光谱数据进行降噪处理；校正建模模块，用于基于所述校正金属样本的光谱数据用化学计量学软件进行建模，得到金属成分测定模型；检测分析模块，用于采用所述金属成分测定模型和所述检测金属样本的光谱数据，分析得到所述检测金属样本的成分分析数据；以及通信模块，用于与控制设备进行通信；所述金属成分分析装置中包括：取样机器人，用于将金属样品放置于样品室内；所述取样机器人包括第一机械手臂、第二机械手臂、第三手臂和底座，所述第一机械手臂、所述第二机械手臂和所述第三手臂的一端均活动连接于所述底座，所述样品室位于所述第一机械手臂的另一端的活动范围之内，且所述样品室位于所述第二机械手臂的另一端的活动范围之内，所述第一机械手臂用于将所述透明外罩提升或放置回原位，所述第二机械手臂用于将金属样品从托盘中取出或将新的金属样品放置到所述托盘中，所述第三机械手臂的表面环绕设置有擦洗毛刷，所述取样机器人的第一机械手臂将所述透明外罩提升至预设高度时，且所述托盘中没有金属样品时，所述取样机器人的第三手臂对所述托盘进行擦洗；脉冲激光器，用于向所述样品室发射脉冲激光，所述脉冲激光器的超短脉冲输出端对准光谱探测设备中的光谱收集透镜组；光谱探测设备，用于接收激光经所述样品室后的光谱，并将光谱数据发送至控制设备；光谱分析设备，用于从所述控制设备接收所述光谱数据，并根据所述光谱数据分析金属样品的成分；以及控制设备，用于控制所述取样机器人放置样品后，依次触发所述脉冲激光器和光谱探测设备，接收所述光谱探测设备发送的光谱数据，并将所述光谱数据发送至所述光谱分析设备；所述控制设备包括：控制通信模块，用于分别与所述取样机器人、脉冲激光器、光谱探测设备和光谱分析设备进行通信；数据异常判断模块，用于判断所述光谱分析设备的成分分析结果是否异常；以及报警模块，用于当所述数据异常判断模块判断所述成分分析结果异常时，进行报警。...

【技术特征摘要】
1.一种用于成分检测的光谱分析系统，其特征在于，所述的光谱分析系统应用于金属成分分析装置中，所述光谱分析设备包括：降噪处理模块，用于对校正金属样本的光谱数据进行降噪处理，以及对检测金属样本的光谱数据进行降噪处理；校正建模模块，用于基于所述校正金属样本的光谱数据用化学计量学软件进行建模，得到金属成分测定模型；检测分析模块，用于采用所述金属成分测定模型和所述检测金属样本的光谱数据，分析得到所述检测金属样本的成分分析数据；以及通信模块，用于与控制设备进行通信；所述金属成分分析装置中包括：取样机器人，用于将金属样品放置于样品室内；所述取样机器人包括第一机械手臂、第二机械手臂、第三手臂和底座，所述第一机械手臂、所述第二机械手臂和所述第三手臂的一端均活动连接于所述底座，所述样品室位于所述第一机械手臂的另一端的活动范围之内，且所述样品室位于所述第二机械手臂的另一端的活动范围之内，所述第一机械手臂用于将所述透明外罩提升或放置回原位，所述第二机械手臂用于将金属样品从托盘中取出或将新的金属样品放置到所述托盘中，所述第三机械手臂的表面环绕设置有擦洗毛刷，所述取样机器人的第一机械手臂将所述透明外罩提升至预设高度时，且所述托盘中没有金属样品时，所述取样机器人的第三手臂对所述托盘进行擦洗；脉冲激光器，用于向所述样品室发射脉冲激光，所述脉冲激光器的超短脉冲输出端对准光谱探测设备中的光谱收集透镜组；光谱探测设备，用于接收激光经所述样品室后的光谱，并将光谱数据发送至控制设备；光谱分析设备，用于从所述控制设备接收所述光谱数据，并根据所述光谱数据分析金属样品的成分；以及控制设备，用于控制所述取样机器人放置样品后，依次触发所述脉冲激光器和光谱探测设备，接收所述光谱探测设备发送的光谱数据，并将所述光谱数据发送至所述光谱分析设备；所述控制设备包括：控制通信模块，用于分别与所述取样机器人、脉冲激光器、光谱探测设备和光谱分析设备进行通信；数据异常判断模块，用于判断所述光谱分析设备的成分分析结果是否异常；以及报警模块，用于当所述数据异常判断模块判断所述成分分析结果异常时，进行报警。2.根据权利要求1所述的用于成分检测的光谱分析系统，其特征在于，所述光谱探测设备包括光谱收集透镜组、光纤接口、激光激发透镜组和角度调节器，所述光谱收集透镜组与所述光纤接口相连接，所述光谱收集透镜组的前端与所述角度调节器相连接，所述激光激发透镜组与所述角度调节器相连接；所述激光激发透镜组的内透镜位置可调节；所述角度调节器的角度可配合所述光谱收集透镜组在15～75度范围内调整。3.根据权利要求1所述的用于成分检测的光谱分析系统，其特征在于，所述控制设备将所述光谱分析设备的成分分析结果中各种成分的占比与预设预测范围进行比较，如果偏差超过预设阈值，则判断所述光谱分析设备的成分分析结果异常，否则，判断所述光谱分析设备的成分分析结果正常。4.根据权利要求1所述的用于成分检测的光谱分析系统，其特征在于，所述脉冲激光器包括驱动供电模块和激光器模块，所述驱动供电模块包括供电电源单元和脉冲产生单元，所述供电电源单元与所述脉冲产生单元相连接，所述脉冲产生单元用于产生所需脉冲参数的电脉冲；所述激光器模块包括脉冲电平转换单元、脉冲电流开关和脉冲激光器单元，所述脉冲电平转换单元用于将所述脉冲产生单元产生的电脉冲升高至所需电平以满足所述脉冲电流开关的驱动要求，所述脉冲产生单元通过同轴电缆与所述脉冲电平转换单元相连接，所述脉冲电流开关的输出端与所述脉冲激光器单元相连接；所述脉冲激光器单元包括半导体激光器、光纤预放大器、光纤主放大器、脉冲选择器以及超短脉冲输出端；所述脉冲电流开关与所述半导体激光器相连接，所述半导体激光器依次通过所述光纤预放大器、光纤主放大器以及脉冲选择器接入超短脉冲输出端；所述半导体激光器与脉冲选择器相连接，所述半导体激光器是光纤耦合输出的半导体激光器。5.根据权利要求4所述的用于成分检测的光谱分析系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丁中，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33