一种波谱数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种波谱数据处理方法，该方法将波谱曲线上被研究的横轴数值范围划分出两个子区间，取子区间的波谱面积与理想等能谱作比较运算，比较运算的结果有非平衡输出、平衡反馈输出两种形式，都可以用于精细地表征波谱的环境敏感性；因为该方法的波谱数据处理过程与惠斯通电桥实现电阻

【技术实现步骤摘要】
一种波谱数据处理方法


[0001]本专利技术属于化学计量法领域，涉及波谱的一种分析方法，命名为波谱的桥式分析法，具体涉及一种波谱数据处理方法。

技术介绍

[0002]光谱、微波谱、电磁共振谱、机械振动谱等各类波谱技术是研究物质成分与结构乃至物体材质与结构的有效手段。环境因素能导致物质成分或结构的变化，从而波谱技术也可以作环境参量传感应用。
[0003]当波谱用于物质成分与结构分析时，利用的波谱应具有指纹特性，表现为横轴对应位置具有特征性的一系列谱线；在环境影响较大或谱线十分密集时，谱线加宽成带状；更大范围的无法区分的谱线形成连续谱，它的特征性一般表现为截止边的位置。当环境因素导致谱特征变化时，检测的一般是谱线的峰位频移、截止边的移动、谱轮廓变化例如波谱曲线相对强度变化、线宽或带宽的变化。对于控制变量引起连续改变的同一组波谱，各个谱特征有自身的物理含义，不同的谱特征不一定具有一致的变化规律，甚至某些谱特征难以提取或读取精度极低。例如，实验上谱数据的处理往往需要通过峰的拟合来确定谱轮廓参数包括带宽和谱峰位置，但宽带波谱由于展宽机制的复杂性通常难以精确拟合，此时直读或用导数法定位谱峰的精度受制于波谱仪器的分辨力及信噪比。在波谱的细微变化难以精确表征时，波谱不再能作环境参量传感的应用。
[0004]本专利技术提出精细地表征波谱的一种波谱数据处理方法：将波谱曲线上被研究的横轴数值范围划分出两个子区间，取子区间的波谱面积与理想等能谱作比较运算，运算过程与惠斯通电桥实现电阻
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电压变换的方式相似，比较运算的结果有非平衡输出、平衡反馈输出两种形式，反映同样的波谱轮廓变化。该方法给出的波谱特征直观、易算，提升了波谱数据处理的效率、降低了读谱难度，且较直读、拟合等波谱谱峰的常规分析方法具有更高精度。因为本专利技术的波谱数据处理过程与惠斯通电桥实现电阻
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电压变换的形式相似，故将其命名为波谱的桥式分析法。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种波谱数据处理方法，是将波谱的强度分布变换为其它波谱特征的一种波谱数据处理方法，普遍适用于分立线状谱、带状谱、连续谱等各类形状波谱的分析，改善波谱数据处理的效率、降低读谱难度、提高读谱精度。
[0006]本专利技术技术方案如下：一种波谱数据处理方法，其特征在于，将波谱曲线上被研究的横轴数值范围划分出两个子区间，取子区间的波谱面积与理想等能谱作比较运算，比较运算的结果有非平衡输出、平衡反馈输出两种形式，运算过程与惠斯通电桥实现电阻
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电压变换的方式相似，具体步骤是：
[0007]步骤1，将波谱曲线上被研究的横轴数值范围划分出不交叠的两个子区间，子区间的波谱面积分别是S1、S2；
[0008]步骤2，在步骤1划分的子区间范围插入虚拟的理想等能谱，理想等能谱波谱面积取S1+S2，记作2*S0；
[0009]步骤3，将S1、S2、S0、S0四个波谱面积对应于惠斯通电桥的四个电阻臂，按惠斯通电桥的电阻
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电压变换关系将波谱面积变换为其它能表征波谱的环境敏感性的波谱特征，电桥有非平衡输出、平衡反馈输出两种形式，分别对应有非平衡输出的波谱特征(S1
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S2)/(S1+S2)、平衡反馈输出的平衡条件S1＝S2作为波谱特征。
[0010]所述的波谱曲线是分立线状谱、带状谱、连续谱。
[0011]所述的非平衡输出的(S1
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S2)/(S1+S2)和平衡反馈输出的平衡条件S1＝S2这两个波谱特征具有等效性，反映同样的波谱轮廓变化，与惠斯通电桥的非平衡输出、平衡补偿反馈输出两种实现电阻
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电压变换的方式可分别类比。
[0012]所述的非平衡输出的波谱特征(S1
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S2)/(S1+S2)可以进一步化简为S1/S2作为表征波谱的波谱特征。
[0013]本专利技术的实质是将通常难以利用、没有利用的波谱曲线的全轮廓特征变换为易于测量且测量精度较高的波谱特征量，恰如惠斯通电桥将难以准确测量的电阻值变化变换为易于测量且测量精度较高的电压信号。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术具有普遍适用性，可以用于分析分立线状谱、带状谱、连续谱；本专利技术给出了两个不同的波谱特征之间的等效关系，提升了波谱数据处理的效率、降低了读谱难度；本专利技术较直读、拟合等波谱谱峰数据的常规处理方法具有更高精度。
附图说明
[0015]图1为波谱数据特征参量的分析与电路变换方式的类比，其中示例波谱的横轴是波长λ、纵轴是强度Intensity，虚线是将波谱分割为两个子区间的分割线，点划线是虚拟绘制的理想等能波谱。
[0016]图2为一组力敏荧光光谱的结果示例，横轴是波长、纵轴是按峰值归一化的强度。
[0017]图3为图2光谱的桥式分析法非平衡输出的结果，横轴是压应力、纵轴是非平衡输出的波谱特征(S1
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S2)/(S1+S2)进一步化简为S1/S2。
[0018]图4为图2光谱的桥式分析法的平衡补偿反馈输出的结果，横轴是压应力、纵轴是按平衡补偿反馈条件S1＝S2计算出的分割线位置。
具体实施方式
[0019]本专利技术
技术实现思路
部分描述了波谱的一种分析方法，该方法与惠斯通电桥将电阻值的变化变换为电压输出信号的方式相似，将波谱的轮廓特征变换为易于测量且测量精度较高的非平衡输出、平衡补偿反馈输出两个等效的波谱特征量。具体描述该技术方法如下：
[0020]对于测量得到的波谱数据，以波谱曲线的形式绘制在二维平面坐标系中。
[0021]确定波谱曲线上待研究的横轴数值范围，将该范围划分出两个子区间，例如图1a、图1b、图1c所示分别是连续谱、带状谱、分立线状谱的一种划分方式，图中虚线是分割出子区间的分割线。
[0022]在波谱图上虚拟绘制出理想等能波谱，如图1a、图1b、图1c中的点划线。
[0023]与实现电阻
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电压变换的惠斯通电桥电路图1d类比，各子区间的波谱面积S1、S2对
应于电路中的R1、R2，理想等能波谱上截取出两段波谱面积S0、S0对应于电路中的R0、R0。图1d是非平衡输出的工作方式，在R1+R2＝2R0时，V/V0＝ΔR/2R0，其中ΔR为R1、R2与R0的差值。对应的波谱特征值为(S1‑
S2)/(S1+S2)＝ΔS/2S0，其中ΔS为S1、S2与S0的差值。为计算简便，化简(S1‑
S2)/(S1+S2)，直接计算S1/S2，显然它与(S1‑
S2)/(S1+S2)一样反映波谱的轮廓形状。
[0024]如图2所示的案例，常规的光谱数据处理手段无法鉴别出应力导致的谱移动或谱轮廓变化。用桥式分析法的非平衡输出(S1‑
S2)/(S1+S2)化简的波谱特征S1/S2作为观测量，得到图3所示的压应力响应曲线。
[0025]平衡补偿反馈输出的惠斯通电桥原理电路如图1e，取得平衡需要检流计G与电阻R1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波谱数据处理方法，其特征在于，将波谱曲线上被研究的横轴数值范围划分出两个子区间，取子区间的能谱作比较运算，比较运算的结果有非平衡输出、平衡反馈输出两种形式，具体步骤是：步骤1，将波谱曲线上被研究的横轴数值范围划分出不交叠的两个子区间，子区间的波谱面积分别是S1、S2；步骤2，在步骤1划分的子区间范围插入虚拟的能谱，能谱波谱面积取S1+S2，记作2*S0；步骤3，将S1、S2、S0、S0四个波谱面积对应于惠斯通电桥的四个电阻臂，按惠斯通电桥的电阻
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电压变换关系将波谱面积变换为其它能表征波谱的环境敏感性的波谱特征，电桥有非平衡输出、平衡反馈输出两种形式，分别对应有非平衡输出的波谱特征(S1
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S2)/(S1+S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张巍巍，伍林芳，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：