【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及拉曼光谱技术，尤其是涉及一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法。
技术介绍
1、当激光照射到物质表面的时，物体的分子会吸收激光的能量，使分子跃迁到高振动能态。当分子从高能态到低能态的跃迁时候，就会发射被激发的拉曼信号。基于拉曼信号建立的光谱为拉曼光谱(raman spectroscopy)，其反映的分子键振动的基频信息，由分子极化率的变化产生，非极性或弱极性官能团的信息丰富，如c＝c双键，c≡n三键等，光谱范围为4000-50cm-1。拉曼光谱与红外光谱互相补充，互为佐证，已成为物质结构分析的重要工具。
2、其与红外光谱相比，显著优势是水的干扰小，可以对水溶液进行直接测量，样品处理较为简单。具有较强的指纹性的宽的波数测量范围，在很多领域应用非常广泛，尤其是在无机材料和生物样品测定方面具有非常大的优势。因指纹性显著，在很多应用领域无需借助化学计量学方法即可获得丰富的定性或定量信息，在一些细分行业和领域内，如易制毒化学品、毒品的快速筛查，制药原辅料的快速鉴别等场景，有较多的实际使用。
3、由于拉曼信号的强度一般是激光能量的百万分之一的量级，因此当采集拉曼信号的时候，一般需要比较长的积分时间，譬如从几百毫秒甚至到几分钟。在这种长时间的积分转情况下，噪声(特别是暗噪声和散粒噪声)会非常大，甚至大到淹没真正的拉曼信号，从而造成拉曼信号被干扰。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，无需采
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，包括以下步骤：
4、s1：对激光器进行输出光强调制，使其输出激光能量按照预设的正弦波变化；
5、s2：同步采集拉曼信号，保证在不同激光能量输出时，积分时间完全相同，收集到的拉曼信号被传送到光谱仪进行波长分离，并转换成数字信号；
6、s3：对数字拉曼信号进行降噪处理，包括：
7、s3-1：使用窄带带通数字滤波器去除大部分噪声，
8、s3-2：然后在行方向上进行锁相处理，再通过一个数字低通滤波器去除和调制信号不相关的噪声，
9、s3-3：最后在行方向上相加并乘以一个系数，得到一个噪声被消除的拉曼光谱。
10、进一步地，s1中，所述激光器输出光强调制包括：根据正弦波的振幅波动规律，在一个周期内选取多个等角度间距点，然后将这些点的振幅值转换成正值并归一化，作为激光器输出激光的归一化能量值。
11、进一步地，s1中，所述调制的方式为模拟调制或脉宽调制。
12、进一步地，s1中，将振幅值转换成正值转换的方法为，将选取的待转换区域的振幅值加上振幅峰峰值的一半，以此将所有的选择值变成正值。
13、进一步地，s2中，所述采集拉曼信号的过程包括：
14、通过拉曼探头将拉曼信号分离，然后将拉曼信号传送到光谱仪进行波长分离，将分离后的光信号照射到阵列检测器上，通过光传感器转换成电信号，之后通过模拟数字转换芯片转换成数字信号。
15、进一步地，s2中，同步采集拉曼信号时还包括：
16、通过时钟信号或触发信号来实现确保激光器的调制输出与拉曼信号的采集严格同步，以此在每个激光能量输出点都能准确地开始和结束信号的积分；
17、在每个调制周期内，通过精确控制光谱仪的积分门宽积分时间保持一致，使得所有激光能量输出点上使用相同的积分时间；
18、收集到的拉曼信号随后被传送到光谱仪进行波长分离，通过衍射光栅或棱镜，将复合光按照波长分解成单色光，每个波长的光被引导到阵列检测器的不同像素上，这样就能够同时记录多个波长的光强信息，光信号被阵列检测器的像素接收，光子被转换成电子，形成电信号，之后将电信号随后通过时序电路依次输出，以便进一步处理。
19、进一步地，s3-1中，使用窄带带通数字滤波器去除大部分噪声的过程包括：
20、数据收集：收集s2中获得的拉曼光谱数据；
21、数据矩阵化：将收集到的光谱数据整理成一个矩阵，矩阵的列代表光谱的像素点，而行代表不同的激光强度调制值；
22、窄带带通滤波：利用正弦波的特性，对矩阵的每一行应用窄带带通数字滤波器，去除与正弦波信号不相关的大部分噪声。
23、进一步地，数据矩阵化过程中，将收集到的光谱数据整理成一个32×2048的矩阵；
24、窄带带通滤波过程中，最终得到一个新的32×2048的矩阵。
25、进一步地，s3-2中，行方向上进行锁相处理，再通过一个数字低通滤波器去除和调制信号不相关的噪声的具体过程包括：
26、锁相处理：对s3-1中得到的新矩阵进行锁相处理，其中由于每个像素在矩阵行方向的数据点是通过正弦波调制的，将行方向上的每个点的值乘以相对应的正弦波的调制设置值，以此进一步增强信号与噪声之间的区别；
27、数字低通滤波：锁相处理后，对新的32个数据点应用数字低通滤波器，以去除与调制信号不相关的噪声，即对包含2048列矩阵的每一列分别进行锁相处理，最终得到一个新的32×2048的矩阵。
28、进一步地，s3-3中，在行方向上相加并乘以一个系数，得到一个噪声被极大消除的拉曼光谱的具体过程包括：
29、行方向相加：对s3-2中得到的新矩阵在行方向上进行相加操作，以此将经过处理的多个光谱数据合并成一个光谱数据，从而增强信号强度并减少随机噪声的影响；
30、乘以系数：将行方向相加后的结果乘以一个预设的系数，以进一步调整信号的幅度和噪声水平，得到噪声被消除的拉曼光谱数据。
31、与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
32、(1)通过对输出激光的调制和光谱信号的解调制，可以有效分离光谱的噪声和信号，从而使得拉曼光谱的信号检测无需昂贵的深制冷探测器，使得微弱信号检测的成本大大降低。
33、(2)本专利技术中的降噪技术，不会造成原始光谱信息的丢失或损失，可以有效保留所有光谱的原始信息。与传统的光谱降噪技术相比，该技术采用先分离再检测的方式，在根源上避免传统降噪算法，如数字滤波(boxcar)，savitzky-golay平滑，快速傅里叶变换(fastfourier transform)在噪声和信号边界的界定上的平衡，这对于微弱拉曼信号的检测十分有帮助。
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1.一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，S1中，所述激光器输出光强调制包括：根据正弦波的振幅波动规律，在一个周期内选取多个等角度间距点，然后将这些点的振幅值转换成正值并归一化，作为激光器输出激光的归一化能量值。
3.根据权利要求2所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，S1中，所述调制的方式为模拟调制或脉宽调制。
4.根据权利要求3所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，S1中，将振幅值转换成正值转换的方法为，将选取的待转换区域的振幅值加上振幅峰峰值的一半，以此将所有的选择值变成正值。
5.根据权利要求1所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，S2中，所述采集拉曼信号的过程包括：
6.根据权利要求4所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，S2中，同步采集拉曼信号时还包括：
7.根据权利要求4所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，S3-1中，
8.根据权利要求7所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，数据矩阵化过程中，将收集到的光谱数据整理成一个32×2048的矩阵；
9.根据权利要求8所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，S3-2中，行方向上进行锁相处理，再通过一个数字低通滤波器去除和调制信号不相关的噪声的具体过程包括：
10.根据权利要求8所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，S3-3中，在行方向上相加并乘以一个系数，得到一个噪声被极大消除的拉曼光谱的具体过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，s1中，所述激光器输出光强调制包括：根据正弦波的振幅波动规律，在一个周期内选取多个等角度间距点，然后将这些点的振幅值转换成正值并归一化，作为激光器输出激光的归一化能量值。
3.根据权利要求2所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，s1中，所述调制的方式为模拟调制或脉宽调制。
4.根据权利要求3所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，s1中，将振幅值转换成正值转换的方法为，将选取的待转换区域的振幅值加上振幅峰峰值的一半，以此将所有的选择值变成正值。
5.根据权利要求1所述的一种应用于拉曼光谱仪的数字降噪方法，其特征在于，s2中，所述采集拉曼信号的过程包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓康，孙华，商照聪，吴家诚，王思怿，
申请(专利权)人：上海化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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