C++直读光谱仪数据分析技术研究(2)

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3.实现程序及规划 15

3.1分析元素 16

3.2分析通道及标定范围 16

3.3输出格式 17

3.4标定样品 18

3.5标准化样品的选择 18

3.6其它 18

4实验结果分析 19

4.1强度比重现性不好的原因分析 19

4.2分析程序曲线拟合 19

4.3初次标准化 19

总结 21

致谢 22

参考文献 23

1.绪论

1.1直读光谱仪及其数据分析方法概况

光谱仪数据数据分析是光谱仪的核心，其主要难点是解决光谱干扰问题，该课题旨在分析常见处理算法基础上，提出新的处理方法，提高光谱仪测试精度。

而光谱分析[1]一直以来是一门研究物质结构的重要的分析手段，相比于化学分析法，有着工作量轻、分析速度快、采样过程不易受到破坏的优点，因此在冶金、元素分析、化学、开发新材料、制药、机械、宇宙探索、航空等很多领域都有着很广泛很深入的应用。

直读光谱仪是一种基于光电发射光谱分析原理的全功能光谱检测仪[2]。众所周知，原子发射光谱分析[3]所采用的原理是用电弧（或火花）的高温使样品中各元素从固态直接气化并被激发而发射出各元素的特征波长，用光栅分光后，成为按波长排列的“光谱”，这些元素的特征光谱线通过出射狭缝，射入各自的光电倍增管，光信号变成电信号，经仪器的控制测量系统将电信号积分并进行模/数转换，然后由计算机处理，并打印出各元素的百分含量。

读光谱仪的发展概况大概要追述到二战以后，由于当时战争刚刚结束需要制造大量的飞机，需要用一些比较特殊的钢、铝镁合金等的分析，这样就使得像Hesler等一些人于1942年着手研究多条光谱线同时测定的光谱仪，并于1944年美国ARL应用实验室成功研制出了第一台光电直读光谱仪的样机，到了六十年代随着计算机的普及，ARL公司于1964年展出一套数字计算机的控制读出系统，而七十年代以后的所有光谱类仪器基本上都采用计算机控制”，当代的直读光谱仪也必将有两种发展趋势：一，采用CCD阵列技术，形成单道扫描和多道直读；二，采用全自动分析系统”。

桂万如和卢结成[4]在论文中阐述了光谱采集系统的硬件构成：“本系统的硬件部分由PC机、步进电机控制器、SC3 步进电机、A/D转换器、S2000光谱仪等组成。步进电机控制器通过RS232串行口与PC机进行通信，确定光谱探头移动的位置,而光谱仪经过A/D转换后经USB端口向PC机传输光谱数据，”同时指出了软件的实现,软件在设计思路时主要是要采用了模块化,系统主控模块主要需要完成系统初始化、各功能模块的设置调度工作，同时步进电机的控制模块包括速度和方位设定、运行操作、归零操作、停止操作以及速度和坐标的查询等工作；光谱仪控制模块主要实现光谱数据的实时采集并显示、数据的存储处理等功能。

而本课题的关键是直读光谱仪的数据分析系统的设计，因此选择合适的编程软件和通信方法是论文首先要解决的问题。运用数理统计的最小二乘法、极大似然估计、置信区间论述了ARC- MET8000直读光谱仪数据处理原理及方法[2],为技术人员正确使用ARC-MET8000直读光谱仪和试验数据的分析处理提供了理论参考[1]。而且其中主要采用定量分析的方法，光谱定量分析通常采用关系式I=ACb,其中I为特征谱线强度,A为常数,C为元素含量,b为自吸收系数。在激发条件波动较大时, 谱线强度随激发条件的变化而强烈变化,因此,用光谱方法做定量分析有一定困难[1]。采用内标法在很大程度上可消除光源波动带来的影响, 提高光谱定量分析的准确度。内标法是在分析试样和标准试样中, 选一个固定含量的基体元素或外加一定量的某元素作为内标元素。设被测元素和内标元素含量分别为C和C0,分析线和内标线强度分别为I和I0, b和b0分别为分析线和内标线的自吸收系数,则有 , , ；其中，在内标元素含量C0和实验条件一定时, A为常数,则令 , ,则上式可写为 ,其中 [1]。同时文献中指出，大样本数据值对数据模型的精确是建立在对样本数据值科学、精确采集的基础之上的。如果偏移量过大, 就会对结果的精确性造成影响, 进而影响b所在的置信区间，所以, 应对每个值多次测量, 找出与之相对应的较为精确的值,从而提高置信区间的精确度是很有必要的[1]。