(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211136712.7 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 孙兰香　高源　于海斌　辛勇　 尚栋　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 周宇 (51)Int.Cl. G01N 21/71(2006.01) G01N 21/27(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标 准化方法 (57)摘要 本发明涉及光谱 标准化领域， 具体是一种校 正水分影 响的激光诱导击穿光谱 标准化方法。 用 于解决待测物质中水分高低对光谱强弱以及定 量分析结果准确性与稳定性的影 响问题。 具体步 骤为： (1)计算非标准光谱矩阵每一维谱线和标 准光谱矩阵每一维谱线之间的相关性绝对值| θi， j|大小； (2)根据|θi， j|的大小选取m维非标 准光谱谱线对标准光谱谱线进行拟合； (3)提取 每一维参与拟合的谱线前的系数， 建成变换矩 阵； (4)对验证集中标准化后的光谱进行定量分 析， 通过验证集的RMSE来确定建模过程中最优的 建模样本数、 参与拟合的谱 线数以及主成分数。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 115524322 A 2022.12.27 CN 115524322 A 1.一种校正水分影响的激光 诱导击穿光谱标准 化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 对不同水分含量区间的待测物质样本， 多次采集激光诱导击穿光谱的原始数 据， 进行归一 化处理， 得到多维谱线样本数据集； 步骤2、 建立待测物质样本的不同水分含量区间与对应的光谱均值之间的关系， 得到标 准水分含量区间； 步骤3、 对于同一样本多次测量的谱线， 将标准水分含量区间内的光谱均值化并作为该 样本的标准 光谱， 将标准水分含量区间之外的光谱作为该样本的非标准 光谱； 步骤4、 将多维谱线样本数据集划分为训练集、 验证集和测试集； 所述训练集、 验证集和 测试集中均包括样本的标准 光谱和非标准 光谱； 步骤5、 从训练集中挑选部分待测物质样本， 以每个样本的非标准光谱数据作为输入， 标准光谱 数据作为输出， 采用回归方法进 行回归拟合， 建立光谱标准化模型； 根据验证集的 浓度定量分析 结果优化模型参数， 得到优化后的光谱标准 化模型； 步骤6、 将测试集中任意待测物质样本的非标准光谱作为标准化模型的输入， 输入优化 后的光谱标准 化模型中， 得到标准 化后的光谱。 2.根据权利要求1所述的一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标准化方法， 其特征 在于， 所述待测物质样本为预 先配置的具有连续梯度水分含量的待测物质样本 。 3.根据权利要求1所述的一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标准化方法， 其特征 在于， 所述采集样本的激光 诱导原始光谱数据是采用激光 诱导击穿光谱仪采集的。 4.根据权利要求1所述的一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标准化方法， 其特征 在于， 所述不同水分含量区间与对应的光谱均值之间的关系为水分—光谱均值关系线， 呈 线性； 根据水分—光谱均值关系线， 反推得到标准水分区间对应的光谱均值范围， 用该均值 范围数值代替待测物质的标准水分含量区间。 5.根据权利要求1所述的一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标准化方法， 其特征 在于， 所述 光谱标准 化模型参数包括： 建模样本数量:、 拟合谱线数量m、 主成分数。 6.根据权利要求1所述的一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标准化方法， 其特征 在于， 所述 光谱标准 化模型的建立具体包括以下步骤： 步骤a、 对训练集数据， 计算标准光谱矩阵的每一维谱线Y(:,i)与非标准光谱矩阵的每 一维谱线X(:,j)之间的相关系数θi,j； 步骤b、 将相关系数的绝对值|θi,j|由大到小进行排序， 提取与|θi,j|相对应的前m维非 标准光谱谱线X(:,j1)...X(:,jm)作为步骤 c中参与拟合Y(:,i)的谱线， 并保存这m维谱线在 非标准光谱矩阵中的索引； 步骤c、 采用偏最小二乘方法计算Y(:,i)与X(:,j1)....X(:,jm)之间的回归系数β1,i… βm,i； 步骤d、 定义与非标准光谱矩阵等列数的向量， 将步骤b中保存的索引位置按照对应的 回归系数β1,i…βm,i填入， 没有参与拟合的谱线索引位置为0， 组成向量αi＝( β1,i,...0,... βm,i,...)T； 步骤e、 将αi组成变换矩阵F， 即F＝( α1, α2,..., αi,... αn)， 通过非标准光谱矩阵X与变换 矩阵F相乘Y＝X ·F， 实现从非标准 光谱到标准 光谱的转换。 7.根据权利要求1或5所述的一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标准化方法， 其特权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115524322 A 2征在于， 所述根据验证集的浓度定量分析结果优化模型参数， 是将验证集的非标准光谱数 据输入Y＝X ·F获取预测的标准光谱； 根据预测的标准光谱与验证集标准光谱的元素浓度 的均方根 误差来确定最优的模型参数。 8.根据权利要求1所述的一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标准化方法， 其特征 在于， 所述 最终获取的最优光谱标准 化模型为： Y(:,i)＝β1,iX(:,j1)+...+βm,iX(:,jm) 其中Y为标准光谱矩阵， Y(:,i)为标准光谱矩阵中第i维待拟合的目标谱线， X为非标准 光谱矩阵， X(:,j1)....X(:,jm)为非标准光谱矩阵中参与拟合的m维谱线， β1,i.... βm,i为参 与拟合的每一维谱线前的回归系数。 9.一种校正水分影响的激光诱导击穿光谱标准化系统， 其特征在于， 包括光谱采集设 备、 处理器、 存储器； 所述光谱采集设备用于采集矿浆样本的激光诱导原始光谱数据； 所述 存储器存储有如下程序模块， 处理器读取程序执行如权利要求1 ‑8任意一项所述的方法步 骤， 实现对当前矿浆样本光谱水分含量的校正， 以获取指定元 素的浓度标准 化光谱； 光谱采集模块， 用于采集待测物质不同水分区间下的激光 诱导击穿光谱的原 始数据； 数据预处理模块， 用于对采集待测物质不同水分区间下的激光诱导击穿光谱的原始数 据， 进行归一 化处理， 得到多维谱线数据集； 挑选标准光谱模块， 用于挑选待测物质在标准水分区间内的光谱与 标准水分区间之外 的光谱； 划分数据集模块， 用于将多维谱线数据集划分为训练集、 验证集和 测试集； 光谱标准化模型建立及优化模块， 用于利用训练集数据、 验证集数据进行建模并获取 最优建模样本数、 主成分数和参与拟合谱线维数； 测试模块， 用于将测试集数据输入建立的光谱标准化模型中， 得到标准化后的光谱数 据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115524322 A 3