专利名称：一种光谱分析方法
技术领域：
本发明涉及元素光谱分析领域，尤其涉及一种X射线荧光光谱分析方法。
背景技术：
荧光分析技术广泛应用于有色、水泥、地质勘探、示踪溯源等行业的元素无损快速分析检测中。其中X射线荧光光谱分析是X射线荧光分析技术的关键，识别谱峰和提取特 征参数是分析被测对象元素及其含量的重要步骤，如果被测对象元素组分复杂，相应的基 体效应就会严重，荧光光谱谱峰会存在拖尾、重叠、散射本底等干扰，使得谱峰失真，影响后 续分析精度。另外，由于统计涨落现象的存在，测量条件不变的情况下，测量同一标样获得 的谱峰的重现性也无法保证，这对低含量、颗粒型样品的测量精度影响较大。因此，现有的X射线荧光光谱分析技术对于元素的定位、定量分析不够准确。
发明内容
本发明实施例提供一种光谱分析方法，还原干扰前的光谱峰，提高光谱峰的重现 性，为后续的元素定性、定量分析提供更加准确、翔实的数据。本发明实施例是通过以下技术方案实现的本发明实施例提供一种光谱分析方法，包括利用寻峰算法锁定谱峰的峰位，作为高斯函数的均值初始值；以所述谱峰的峰位对应的峰值作为高斯函数的系数初始值；在全能谱范围内计算所有谱峰宽度下的拟合谱峰面积和原始谱峰面积的误差，根 据误差最小值对应的谱峰宽度计算高斯函数的方差初始值；在均值、系数及方差取值范围内，计算均值、系数及方差在每种取值下的拟合谱峰 面积与原始谱峰面积的误差，所有误差中计算最小的误差所对应的均值、系数及方差作为 高斯函数的最终特征参数；使用所述最终特征参数对应的高斯函数进行光谱分析。所述寻峰算法包括执行第一次寻峰，在光谱数组Spe[i]中找出满足如下条件的Spe[i]对应的i，组 成初始峰位数组TempPeak[i]，i为光谱道址，取值范围为从0到chan，chan为正整数，包括满 足大于所有峰位下限的加权平均值以及大于相邻的前后峰位的峰值；执行第二次寻峰，在所述初始峰位数组TempPeak[i]中找出满足如下条件的Spe[i] 对应的 i 作为锁定的峰位，包括满足=Spe[Temppeak[i]]-(Spe[Temppeak[i]-Inipff] +Spe[pe aktemp[i]+Inipff])/2)/Inipff > 1.5,以及满足(Temppeak[i+1 ]-Temppeak[i]) < Inipw 并且 (Temppeak[i-1]-Temppeak[i]) >-Inipw，其中 Inipw 为谱峰宽度，peaktemp[i]为初始峰位。还包括计算所有峰位下限的加权平均值，具体计算方法包括统计所有光谱道范围内满足低于相邻的前后峰位的峰值作为谱峰下限；计算所有谱峰下限的加权平均值。
所述Inipw 初始值为 chan/100。所述在全能谱范围内计算所有谱峰宽度下的拟合谱峰面积和原始谱峰面积的误差包括在全能谱范围内使用穷举法计算所有谱峰宽度下的拟合谱峰面积和原始谱峰面 积的误差。所述在均值、系数及方差取值范围内，计算均值、系数及方差在每种取值下的面积 与原始峰面积的误差前，还包括确定均值、系数及方差取值范围，其中均值b 取值范围为(b-b/100) < b < (b+b/100)，系数a 取值范围为(a-a/10) < a < (a+a/10)，方差c 取值范围为(c-c/100) < c < (c+c/100)。所述计算均值、系数及方差在每种取值下的面积与原始峰面积的误差包括使用穷举法计算均值、系数及方差在每种取值下的拟合谱峰面积与原始谱峰面积 的误差。由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例采用谱峰拟合的方 法对光谱进行还原、解重叠峰、扣除本底等处理，还原干扰前的光谱峰，提高光谱峰的重现 性，为后续的元素定性、定量分析提供更加准确、翔实的数据。
图1为本发明实施例光谱分析方法流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，可以理解的是，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明一个实施例提供一种光谱分析方法，如图1所示，包括如下步骤步骤10 利用寻峰算法锁定谱峰的峰位，作为高斯函数的均值初始值；本发明一个实施例寻峰算法锁定谱峰的峰位的方法包括执行第一次寻峰，在光谱数组Spe[i]中找出满足如下条件的对应的i，Spe[i]组 成初始峰位数组TempPeak[i]，i为光谱道址，取值范围为从0到chan，chan为正整数，需要满 足的条件包括Spe[i]值大于所有峰位下限的加权平均值以及大于相邻的前后峰位的峰 值；所述所有峰位下限的加权平均值计算方法包括首先统计所有光谱道范围内满足低于 相邻的前后峰位的峰值作为谱峰下限；最后计算所有谱峰下限的加权平均值。执行第二次寻峰，在所述初始峰位数组TempPeak[i]中找出满足如下条件的Spe[i] 对应的 i 作为锁定的峰位，包括满足=Spe[Temppeak[i]]-(Spe[Temppeak[i]-Inipff] +Spe[pe aktemp[i]+Inipff])/2)/Inipff > 1.5,以及满足(Temppeak[i+1 ]-Temppeak[i]) < Inipw 并且 (Temppeak[i-1]-Temppeak[i] >-Inipw，其中 Inipw为谱峰宽度。所述 Inipw初始值为 chan/100， peaktemp[i]为初始峰位。一种实施例中所述chan取值从256-8192，本发明实施例对此不做限定。步骤11 以所述谱峰的峰位对应的峰值作为高斯函数的系数初始值；所述谱峰的峰位对应的峰值即Spe [i]的值。步骤12 在全能谱范围内计算所有谱峰宽度下的拟合谱峰面积和原始谱峰面积 的误差，根据误差最小值对应的谱峰宽度计算高斯函数的方差初始值；所述所有谱峰宽度下的拟合谱峰面积是指谱峰宽度取遍所有可能的取值，每个可 能取值对应的高斯拟合函数下的谱峰积分面积。所述原始谱峰面积是指拟合谱峰对应的谱 峰宽度范围之内，光谱数据Spe[i]的谱峰面积，即光谱数据求和。找出拟合谱峰面积和原始谱峰面积的误差最小值，根据计算该误差最小值对应的 谱峰宽度可以计算高斯函数的方差初始值，具体计算方法本发明实施例不做限定。本发明实施例可以在全能谱范围内使用穷举法计算所有谱峰宽度下的拟合谱峰 面积和原始谱峰面积的误差。步骤13 在均值、系数及方差取值范围内，计算均值、系数及方差在每种取值下的 面积与原始峰面积的误差，所有误差中计算最小的误差所对应的均值、系数及方差作为高 斯函数的最终特征参数；本发明实施例提供的确定均值、系数及方差取值范围的方法包括均值b 取值范围为(b-b/100) < b < (b+b/100)，系数a 取值范围为(a-a/10) < a < (a+a/10)，方差c 取值范围为(c-c/100) < c < (c+c/100)。本发明实施例可以使用穷举法计算均值、系数及方差在每种取值下的面积与原始 峰面积的误差。步骤14 使用所述最终特征参数对应的高斯函数进行光谱分析。本发明上面实施例所述的方法可以用于X射线荧光分析，X射线荧光分析技术广 泛应用于物质元素的种类、含量分析，其工作原理是用X射线源激发物质中元素的特征X射 线，用探测器接受并转换成电脉冲信号，再通过脉冲分析电路将电脉冲转换为计算机可识 别的光谱数据，通过计算机程序分析物质的光谱，计算物质的元素组成和各自含量。因此光 谱分析是X射线荧光分析技术的核心部分，而当被测物质的组分较为复杂的情况下，特征 X射线的光谱峰会存在重叠、本底等干扰；另外，由于荧光的产生符合统计规律，因此当元 素含量较低的情况下，光谱峰的重现性就会较差。本发明实施例所述的光谱分析方法利用 荧光谱峰理论上服从高斯分布的特点，采用谱峰拟合的方法，可以对光谱进行还原、解重叠 峰、扣除本底等处理，还原干扰前的光谱峰，提高光谱峰的重现性，为后续的元素定性、定量 分析提供更加准确、翔实的数据。为进一步理解本发明，下面以具体实施例对本发明提供的光谱分析方法进行详细 描述，包括如下步骤
步骤20 将光谱转换为光谱数组Spe[i]，下标i为光谱道址，取值范围从0到 chan，对应的值为峰位计数；步骤21 在光谱道范围内进行寻峰，首先确定谱峰下限，统计所有光谱道范围内 满足 spe[i_l] > Spe [i]并且 Spe[i+1] > Spe [i]的 Spe [i]，求加权平均值 Avespe ；步骤22 统计所有光谱道范围内满足Spe [i] > Avespe,以及spe[i-l] < Spe [i]并且spe[i+l] < Spe [i]的Spe [i]对应的i组成初始峰位数组TempPeak[i]；步骤23 在Temppeakm范围内进行二次寻峰，设定初始谱峰宽度；1024道初始谱峰宽度为Inipw = 10，2048道初始谱峰宽度Inipw = 20，即Inipw = chan/100 ；步骤24 统计 Temppeakm 范围内满足 Spe [Temppeak[i]]_ (Spe [Temppeak[i]-Inipw]+S pe[peaktemp[i] +Inipff])/2)/Inipff > 1.5,以及(Temppeak[i+1]-Temppeak[i]) < Inipw 并且 (TempPeak[i-l]-TempPeak[i]) > -Inipff的Spe[i]对应的i，得到光谱道范围内的所有准谱峰 峰位 Peak[i]；步骤25 采用拟合方法计算各谱峰的特征参数。以单个谱峰为例
高斯函数公式为/(/) = y/f1，其中a为系数，b为均值，c为方差，与谱峰宽度呈 线性关系；以谱峰峰位i作为高斯函数的均值初始值ini_b，峰位对应峰值Peak[i]作为系数 初始值ini_a ； 在全能谱范围内，用穷举法计算方差C，即c从1到谱峰道址的最大值，计算高斯函 数与原始能谱之间的误差平均值aVe_err [i]，也就是计算所有谱峰宽度下拟合谱峰面积与 原始谱峰面积的误差ave_err[i]；寻找ave_err[i]中最小值，对应的c值即为高斯函数的偏差初始值ini_c ；设定ini_a, ini_b，ini_c 的范围分别为[ini_a_ini_a/10，ini_a+ini_a/10]， [ini_b-chan/100，ini_b+chan/100]，[ini_c_chan/100，ini_c+chan/100]，数组形式为 ini_a_arr [i]，ini_b_arr [i]，ini_c_arr [i]；穷举法统计ni_a_arr [i]，ini_b_arr [i]，ini_c_arr[i]所有的可能性，计算高斯 函数与原始能谱之间的误差平均值aVe_err ；寻找 ave_err 最小值对应的一组 ni_a_arr [i], ini_b_arr [i], ini_c_arr [k],艮口 为高斯函数的a、b、c值。以该a、b、c值确定的高斯函数进行光谱分析。综上所述，本发明实施例采用谱峰拟合的方法对光谱进行还原、解重叠峰、扣除本 底等处理，还原干扰前的光谱峰，提高光谱峰的重现性，为后续的元素定性、定量分析提供 更加准确、翔实的数据。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
权利要求
一种光谱分析方法，其特征在于，包括利用寻峰算法锁定谱峰的峰位，作为高斯函数的均值初始值；以所述谱峰的峰位对应的峰值作为高斯函数的系数初始值；在全能谱范围内计算所有谱峰宽度下的拟合谱峰面积和原始谱峰面积的误差，根据误差最小值对应的谱峰宽度计算高斯函数的方差初始值；在均值、系数及方差取值范围内，计算均值、系数及方差在每种取值下的拟合谱峰面积与原始谱峰面积的误差，所有误差中计算最小的误差所对应的均值、系数及方差作为高斯函数的最终特征参数；使用所述最终特征参数对应的高斯函数进行光谱分析。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述寻峰算法包括执行第一次寻峰，在光谱数组Spe[i]中找出满足如下条件的Spe[i]对应的i，组成初 始峰位数组TempPeak[i]，i为光谱道址，取值范围为从O到chan，chan为正整数，包括满足 大于所有峰位下限的加权平均值以及大于相邻的前后峰位的峰值；执行第二次寻峰，在所述初始峰位数组TempPeak[i]中找出满足如下条件的Spe[i]对 应的 i 作为锁定的峰位，包括满足=Spe[Temppeak[i]]-(Spe[Temppeak[i]-Inipff] +Spe[pea ktemp[i]+Inipff])/2)/Inipff > 1.5,以及满足(Temppeak[i+1]-Temppeak[i]) < Inipw 并且 (Temppeak[i-1]-Temppeak[i]) >-Inipw，其中 Inipw 为谱峰宽度，peaktemp[i]为初始峰位。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括计算所有峰位下限的加权平均值，具 体计算方法包括统计所有光谱道范围内满足低于相邻的前后峰位的峰值作为谱峰下限； 计算所有谱峰下限的加权平均值。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Inipw初始值为chan/100。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在全能谱范围内计算所有谱峰宽度 下的拟合谱峰面积和原始谱峰面积的误差包括在全能谱范围内使用穷举法计算所有谱峰宽度下的拟合谱峰面积和原始谱峰面积的误差。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在均值、系数及方差取值范围内，计算 均值、系数及方差在每种取值下的面积与原始峰面积的误差前，还包括确定均值、系数及方差取值范围，其中 均值 b 取值范围为(b-b/100) <b< (b+b/100), 系数a取值范围为(a-a/10) < a < (a+a/10)， 方差 c 取值范围为(c-c/100) < c < (c+c/100)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算均值、系数及方差在每种取值下的 面积与原始峰面积的误差包括使用穷举法计算均值、系数及方差在每种取值下的拟合谱峰面积与原始谱峰面积的误差。
全文摘要
本发明实施例涉及元素光谱分析领域一种光谱分析方法，利用寻峰算法锁定谱峰的峰位，作为高斯函数的均值初始值；以所述谱峰的峰位对应的峰值作为高斯函数的系数初始值；在全能谱范围内计算所有谱峰宽度下的拟合谱峰面积和原始谱峰面积的误差，根据误差最小值对应的谱峰宽度计算高斯函数的方差初始值；在均值、系数及方差取值范围内，计算均值、系数及方差在每种取值下的拟合谱峰面积与原始谱峰面积的误差，所有误差中计算最小的误差所对应的均值、系数及方差作为高斯函数的最终特征参数；使用所述最终特征参数对应的高斯函数进行光谱分析。本发明实施例提高了光谱峰的重现性，为后续的元素定性、定量分析提供更加准确、翔实的数据。
文档编号G06F17/00GK101819168SQ20101003392
公开日2010年9月1日 申请日期2010年1月6日 优先权日2010年1月6日
发明者周俊武, 尚海洋, 徐宁, 徐晓东, 李 杰, 杨树亮, 赵建军 申请人:北京矿冶研究总院