基于自适应导数-高斯寻峰算法的自动稳谱研究

航空γ能谱仪在高空测量过程中由于本底计数率较低,容易产生稳谱周期长、受温度影响较大等因素造成的谱线漂移问题,严重影响了测量结果的准确性。因此,本文提出了一种自适应导数-高斯联合寻峰算法,以达到航空γ能谱仪在低本底环境下快速寻峰、稳峰的目的。首先对导数寻峰算法的过程进行了优化,算法根据限定条件自动确定峰位道址及其左右边界,实现高斯寻峰算法的自适应变换本底窗宽扣除,然后使用高斯寻峰结果与导数寻峰结果进行对比验证,确保寻峰结果的准确性。实际测量结果表明:自适应导数-高斯联合寻峰算法计算速度快,准确率高,1024道航空γ能谱仪在-20~50℃范围内40K峰实测最大谱漂不超过±3道,为低本底环境下的航空γ能谱准确测量提供了新的稳谱方法。

基于自适应寻峰算法的FPGA高精度FBG感知解调系统

针对目前光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratings,FBG)解调系统结构复杂、价格昂贵、恶劣环境适应性差等问题,研发了一种基于自适应寻峰算法的FPGA高精度FBG感知解调系统。首先,基于FBG传感机理设计了光电探测模块,将FBG的微弱反射信号调制为电压信号,建立了可调谐激光器输出同步触发信号与扫描波长的对应性,通过FPGA微控制器实现了FBG调制电压信号的高速采集。其次,引入了卡尔曼-滑动均值混合滤波算法对原始光谱反射调制电压信号进行去噪滤波处理,采用峰值判断算法实现了自适应多峰值区域判别,结合双质心算法实现了多个FBG反射光中心波长的快速、高精度解调。实验结果表明,该解调系统对FBG温度传感器中心波长解调精度可达±3 pm,温度与波长之间的线性拟合度可达0.9985以上,系统的稳定性和重复性经严格测试也表现出优异的性能。所设计的解调系统结构简单,在工程适应性和便捷性上更具优势,所嵌入的多峰值自适应寻峰算法解决了传统寻峰算法多峰寻峰时须预知各FBG峰值范围的缺陷,更具准确性和稳定性,能够满足FBG大规模工程应用需求。

LIBS/Raman光谱对称零面积变换自动寻峰方法研究

自动寻峰是进行光谱原位探测、实时自动分析的必要环节,对拓展光谱分析技术到长期海洋监测、石油录井等应用领域具有重要意义。该研究以实验室中获得的LIBS/Raman光谱数据,对Gaussian,Lorenz,Voigt三种线型函数构建的对称零面积变换函数进行了比较研究。结果证明各个光谱峰都存在一个最优的对称零面积变换函数,但三种变换函数在各自的最优化参数下获得的峰位、峰宽一致;以实验室中LIBS和Raman光谱定量实验数据对该方法的测试还证明,对称零面积变换寻峰方法对信号的大范围动态变化适应性强,弱峰识别能力达到或优于人工识别水平,有望应用于将来的LIBS/Raman自动原位分析中去。

光纤光栅传感信号寻峰误差研究

光纤光栅传感器是通过检测被测物理量引起的光纤光栅中心波长的漂移量来得到该物理量的变化,波长检测精度常受到寻峰算法的影响。本文研究了5种寻峰算法,分析了加窗截断长度、信噪比及波长分辨率对寻峰算法误差的影响。截断长度太长或太短都会造成寻峰误差骤增,每种寻峰算法对应的加窗截断长度稍有不同,略大于3dB带宽的2倍为最佳;信噪比越高,寻峰误差越小;波长分辨率越高,寻峰误差越小。通过与实验对比,相同条件下,高斯公式非线性拟合在5种算法中寻峰误差最小,质心算法寻峰误差最大。实验中高斯公式非线性拟合算法的寻峰误差可以达到1.00pm。

基于可调谐F-P滤波解调系统的直接寻峰算法与功率加权寻峰算法

在基于可调谐F-P滤波解调系统的基础上展开研究,采用一个波长分布已知的带标记热稳定标准具模块补偿滤波器光谱非线性和漂移。对直接寻峰和功率加权寻峰2种算法进行比较,实验结果表明,在4 kHz的扫描频率下,后者分辨率比前者提高了10倍左右,可以满足应用需求。

光纤布喇格光栅反射谱寻峰算法优化及比较

针对光纤布喇格光栅反射谱的特点,研究了强度阈值对五种典型寻峰算法的影响,明确了阈值优化对减小寻峰误差的重要性.对各算法分别进行阈值优化,从寻峰误差和运行效率两个方面对不同采样间隔条件下的寻峰算法进行比较分析.研究表明:各寻峰算法与强度阈值的关系不尽相同,阈值优化可有效减小各算法的寻峰误差,提高光纤布喇格光栅传感系统波长的分辨率和检测准确度;除质心探测法外,增大采样间隔并不能显著提高各算法的运行效率;高斯拟合法寻峰误差最小且最为稳定,适用于静态信号和低频动态信号的解调;质心探测法运行速度最快且误差相对较小,可用于中高频动态信号的解调.

一种基于连续小波变换的LIBS光谱自动寻峰方法

谱线寻峰在激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy)中是必不可少的步骤,然而噪声和背景的存在,干扰了寻峰的准确性。为了提高LIBS寻峰中重叠峰分辨能力和自适应能力,提出一种适用于LIBS谱图的自动寻峰方法。将基于连续小波变换的脊线寻峰法引入到LIBS中,探讨了连续小波变换中的小波母函数的选择并优化了尺度参数和平移参数,提出一套脊线校正方法对脊线寻峰法进行了改进。实验结果表明,该方法与直接比较法、导数法和脊线寻峰法相比,在重叠峰分辨能力和寻峰精度等方面优势显著,可应用于LIBS数据处理。

指数修正高斯拟合寻峰算法处理FBG传感信号

光纤布拉格光栅(FBG)传感系统因其检测精度高、重复性好和适应性强等优点而被广泛应用于不同领域。由于FBG传感器为波长调制型传感器,因此对于外界参量的检测即为FBG中心波长的检测,而FBG中心波长值对应于FBG反射光谱的峰值。因此,系统解调的核心即为FBG反射光谱的峰值检测,而高精度的寻峰算法是系统解调的关键技术。现有的寻峰算法对FBG反射谱进行峰值检测时,都是以FBG反射谱为标准高斯型为前提的。但由于实际制作工艺及环境的影响,FBG反射光谱并不是标准高斯型光谱,而是非对称的高斯型光谱,其非对称特性往往会对寻峰精度有一定的影响。针对现有算法这一缺陷,提出了一种指数修正高斯(EMG)拟合寻峰算法。利用三次判定定位实现粗定位,同时剔除假峰和无效峰值;在此基础上以粗定位点为中心进行光谱重构,再利用积分判定峰值偏向;然后根据不同的峰值偏向以给定的指数修正函数进行相应的峰值修正。实验仿真结果表明:定温条件下或变温条件下,与直接寻峰算法、高斯拟合算法和文献中的算法相比,EMG算法的峰值检测误差最小,寻峰精度提高。考虑了FBG反射光谱非对称特性对寻峰的影响,从光谱自身特性的角度,既克服了传统寻峰算法的局限性,又保证了高精度的寻峰效果。

基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统寻峰算法对比分析

设计出一种基于可调谐F-P滤波器的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感解调数据采集与处理系统。为了尽可能提高光纤光栅传感器的精度,分别采用质心法、三次样条插值法、最小二乘法、高斯多项式拟合法等对数据采集系统获取的原始信号数据进行光纤光栅波长寻峰算法研究,并分别将拟合结果与光谱仪测量波长数据进行比较。结果表明,高斯多项式拟合法精度和稳定性较好,且能满足实时性要求。

不同采样方式下光纤布喇格光栅反射谱寻峰算法的分析

对光纤布喇格光栅反射谱的三种寻峰算法(三次样条插值数值微分法、高斯-多项式拟合法和高斯拟合法)进行了分析和比较;相同采样情况下,得出了高斯拟合法确定的峰值准确度最高的结论;采样点数为250的均匀采样中,三种算法寻峰结果对实际值的误差分别为:3.4pm、13.0pm和2.6pm.引入了非均匀数据采集的寻峰思路,分别应用三种寻峰法对实际光栅的反射谱分别进行均匀采集和非均匀采集.结果表明,对于相同寻峰方法在非均匀数据采集下获得的峰值更精确,采样点数为250时,高斯拟合法寻峰时非均匀采集对应的误差比均匀采集减少了38.46%.

X荧光谱分析中寻峰算法的探讨及实践

作者针对 X荧光谱分析的寻峰算法 ,分析探讨了在寻峰中四种算法的原理和实践。通过对四种算法的比较研究 ,确认高斯拟合法和对称零面积法是两种比较理想的算法。

基于Kolmogorov-Smirnov检验的远程拉曼光谱寻峰算法

远程拉曼系统已经开始用于深空物质检测,要求远程拉曼系统具有小型化,抗辐射和低功耗等特点。为了解决通过降低激光脉冲能量来实现低功耗情况下,拉曼信号信噪比降低的问题,提出了一种新的拉曼光谱寻峰算法,根据远程拉曼特点,采用统计学中Kolmogorov-Smirnov检验作为寻峰方法,以此提高拉曼光谱的信噪比。为此建立了一个远程拉曼系统,实验中使用的激光脉冲能量为3 mJ,检测距离为3.15 m。通过对设定的参数进行检验,验证了基于Kolmogorov-Smirnov检验的远程拉曼光谱寻峰算法的准确性和普适性。

小波变换导数法X射线荧光光谱自适应寻峰研究

重峰分辨能力和弱峰识别能力是衡量X射线荧光光谱寻峰的关键性指标,常见寻峰方法难以同时满足较高的重峰分辨能力和弱峰识别能力。应用单个常见寻峰方法对复杂地质样品的X射线荧光光谱寻峰,往往难以识别出光谱中所有的特征峰。通过对导数法、小波变换法等经典寻峰方法的分析,可知:导数法具有较强的弱峰识别能力,但光谱的光滑效果影响光谱寻峰结果;小波变换法具有较强的重峰分辨能力,但小波分解尺度的选择影响光谱寻峰结果。提出了一种基于导数法和小波变换法的X射线荧光光谱自适应寻峰算法。该算法先对原始光谱进行连续小波变换,得到不同分解尺度的小波变换系数谱;然后对不同分解尺度的小波变换系数谱进行一阶导数寻峰并合并寻峰结果;最后根据X荧光分析仪的能量刻度和元素特征X射线参数表确定原始光谱中元素特征峰。该算法在寻峰过程中,无需对原始光谱进行光滑,也无需确定光谱的小波变换分解尺度。应用一阶导数法、连续小波变换法和该算法对一标准样品的X射线荧光光谱进行寻峰。实验结果表明:该算法具有较高的重峰分辨能力和弱峰识别能力,优于导数法和小波变换法在寻峰中的表现,并在实际应用生产中取得了优良效果。

LIBS谱线自动寻峰在炉渣成分在线分析中的应用

采用激光诱导击穿光谱技术对炉渣成分实时在线监测的研究过程中,谱峰的中心波长及其积分强度是定量分析的基础。为了快速自动识别海量的谱峰数据,文章基于有限状态机的句法编译了一套自动寻峰程序,并介绍了产生谱峰描述语言的文法和谱峰自动识别机。将该寻峰程序应用于自动识别激光诱导炉渣等离子体发射光谱数据和炉渣成分的在线分析,取得了较好的分析速度和精度,证明了该技术的有效性。

基于改进型模拟退火模型的X荧光光谱寻峰方法的研究

在能量色散X荧光分析技术分析中,对谱信息的处理一直是研究的重点,谱光滑、寻峰、峰面积处理都是重中之重,本工作基于模拟退火算法原理,建立一种新的寻峰模型算法,该算法利用模拟退火寻找全局最优点的收敛特性,以Metropolis准则作为峰谷判断的基础,引入新的判定标准和峰谷数组,同时从谱道址两端同时收敛,以收敛到同一最优解为终止条件。同时,利用该算法与简单比较法、三阶导数法进行对比实验,结果证明该算法在X荧光光谱寻峰中有较强能力,在实际生产中具有一定价值。

光纤Bragg光栅传感系统典型寻峰算法的比较分析

基于LabVIEW虚拟仪器开发平台,分析了功率加权算法、高斯拟合算法、高斯-多项式拟合算法、一般多项式拟合算法和高斯-非线性曲线拟合算法对原始信号寻峰,比较误差均值和标准偏差。在改变波长分辨率、窗口大小、信噪比的情况下比较各种算法误差,并进行了实验验证。理论、仿真与实验均证明高斯拟合算法为最佳算法。

光纤布拉格光栅中心波长检测中的寻峰算法

为了寻找一种更好的FBG(光纤布拉格光栅)中心波长检测的寻峰算法,采用LabVIEW技术和MATLAB技术完成了FBG解调系统中9种寻峰算法的编写和调试,并对各种算法的参数及其优劣进行了分析比较。通过对仿真信号及实测FBG信号的误差分析,结合实验研究和算法仿真,给出了算法误差及相关影响因素。结果表明,最佳寻峰算法为高斯拟合法。

高速高精光栅解调器的反馈式相对寻峰算法

针对现有寻峰算法存在的缺陷和不足,提出了一种反馈式相对寻峰算法。该算法为满足光栅解调器的实用化要求,由峰值绝对寻找、反馈和相对标定3个部分组成,能够有效克服光源稳定性、温度漂移带来的测量误差。将该寻峰算法应用于高速高精光栅解调器,其测量精度可以达到±1 pm。

原子吸收光谱仪自动寻峰方式的不足及对策

针对计算机控制的自动寻峰方式应用于原子吸收光谱仪时,偶尔会出现认错谱线的情况进行了分析,并提出了相应的对策。

Gaussian寻峰在甲烷气体检测中的应用

基于FBG传感器的光谱仪具有对矿井甲烷气体进行分析的功能,分析人员借助计算机技术对FBG吸收谱进行寻峰确定FBG波长,通过FBG波长的变化来分析矿井空气的甲烷浓度。提出了一种改进的Gaussian寻峰算法—非匀称采集高斯寻峰算法。实验证明这种改进的Gaussian寻峰算法能较精确地确定峰值位置,提高了甲烷浓度测量的精度。