模塊化便攜式拉曼光譜儀系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、拉曼光譜分析技術是一種以拉曼散射效應為基礎的非接觸式光譜分析技術，它能對物質成分與結構進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、可重復等特點，成為了分析化學領域的研究熱點。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，進樣過程復雜，分析時間較長，操作復雜程度高，不適合現(xiàn)場快速檢測。國內大多光學和儀器分析公司只是生產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，憑借其先進的技術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、辨識結果更準確可靠，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計思路:基于現(xiàn)有的不同廠家的光學、激光、電子等硬件平臺，設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，應用了設計模式原理、光譜預處理算法、光譜辨識算法和模式識別技術。
　　1.在總體設計思路上: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)預處理，得到可以用來做自動辨識的預處理后光譜數(shù)據(jù)，通過特征峰識別和模式識別結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計思路。
　　3.為了解決光譜預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。并進行了算法驗證，取得了較好的預測結果。