使用相对积分参数的拉曼信号位置校正制造技术

本申请涉及使用相对积分参数的拉曼信号位置校正。一种相较于诸如梯形法则等技术的用于对曲线峰进行积分的改进方法，其中积分参数位于固定x轴位置处。替代地，积分参数是相对于峰中心指定的，这允许所述峰由于硬件变化、温度波动、压力变化等而随时间推移移位，同时将积分参数维持在用于该峰的最佳位置。为此，本公开在光谱法中找到特殊的实用性，其中例如在拉曼光谱法的情况下，特定的波数移位位置可能会随时间漂移，从而导致基于绝对积分参数的不准确结果。

Position correction of Raman signal using relative integral parameters

【技术实现步骤摘要】
使用相对积分参数的拉曼信号位置校正
本公开总体上涉及一种曲线积分，并且具体地涉及一种使用相对积分参数而不是绝对积分参数的积分方法。
技术介绍
信号处理中的常见操作是信号积分。这种操作可以由曲线图来描绘，其中x轴表示影响可以称为y轴响应的信号强度的时间或参数，如图1中所示。为了恢复整个信号，沿x轴的区段对y轴信号强度求和。这种类型的积分通常称为“梯形法则”。用于积分的另一种方法是通过使用曲线拟合。在该方法中，如图2中所示，检查了沿x轴的强度的区段，并且使用了数学公式来迭代地形成匹配信号202的形状的组合曲线。然后，通过对迭代数学函数204、206的面积求和来确定曲线面积208。当隔离了期望的信号时，梯形法则方法对于数字化信号来说更容易实现，因为没有对描述峰的基础数学函数进行假设。在这种情况下，基线点被定义为诸如在信号边界之外，并且在等于或位于基线区域内部的点处执行信号求和，如图3中所示。在图3中，外部线302、304分别表示基线起始点和终止点，而内部线306、308分别表示积分起始点和终止点。净信号310是在已经减去基线区域309之后的淡阴影区域。然而，在某些信号处理应用中，与测量的量相关联的峰位置可能会略有移位。这种移位可能是由于环境温度随时间变化而致使的，这种变化会改变部件在光谱仪内的物理位置。特定于拉曼光谱法，激发激光波长(即，波数)可能会随时间漂移。除了这些仪器效应之外，拉曼光谱法的分子性质还可能由于混合物中的组分变化和/或样本的温度变化而致使峰移位。在常见信号积分中，基线和积分极限保持恒定，但是峰可能相对于积分极限移位到积分极限不再是最佳的程度，从而在确定受测试样本的成分的浓度时导致误差。因此，需要不依赖于绝对参数的曲线积分技术。
技术实现思路
本公开宽泛地涉及用于使用光谱法确定成分浓度的梯形法则积分的可替选方案。在本公开的一个方面中，一种改进拉曼光谱仪的精确度的方法包括：提供拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪包括：光栅，所述光栅操作以将从样本接收的拉曼信号分离成拉曼光谱，所述拉曼光谱包括表示样本中存在的分子成分的至少一个峰；光学检测器，所述光学检测器具有被配置成接收拉曼光谱的多个检测器元件；以及处理器，所述处理器操作以从光学检测器接收表示拉曼光谱的以曲线形式的电信号，所述曲线包括具有x坐标和y坐标的至少一个峰，其中，所述处理器被配置成对至少一个峰进行积分。所述方法还包括使用光谱仪来执行以下操作：接收表示所述分子成分的标准拉曼光谱的数据，所述数据包括标称峰最大y值和与标称峰最大y值相关联的x坐标；指定相对于x轴的窗口，所述窗口包括标称峰最大y值的x坐标；将x轴上的基线起始点定义为峰的x坐标减去第一预定偏移量；将x轴上的基线终止点定义为峰的x坐标加上第一预定偏移量；将x轴上的积分起始点定义为峰的x坐标减去第二预定偏移量；将x轴上的积分终止点定义为峰的x坐标加上第二预定偏移量；从光谱仪接收表示样本拉曼光谱的数据，其中，所述样本光谱包括与样本中存在的分子成分相关联的至少一个样本峰，并且其中与标准光谱相比，所述样本峰相对于检测器元件可具有x轴的相对移位；确定样本光谱的至少一个样本峰的实际最大y值和与所述实际最大y值相关联的x坐标；通过减去和加上如所定义的第一预定偏移量和第二预定偏移量，计算用于样本光谱的基线起始点、基线终止点、积分起始点和积分终止点，以用于对样本峰积分；计算在积分起始点与积分终止点之间的多个点中的每个点处的包括样本峰的曲线的y值和基线的y值；从在积分起始点与积分终止点之间的多个点中的每个点处计算的曲线的y值中减去基线y值；以及将基线减法的结果相加，以计算出表示样本中存在的分子成分的净峰面积。在实施例中，标称峰最大y值和与标称峰最大y值相关联的x坐标基于先前获得的数据。在另一实施例中，计算至少一个样本峰的实际最大y值的步骤包括确定绝对最大值。在可替选实施例中，计算实际最大y值的步骤包括使用三次样条或其他曲线拟合方法。在可替选实施例中，计算实际最大y值的步骤包括使用重心方法。在本公开的另一方面中，一种改进的拉曼光谱仪，包括：输入端，所述输入端用于从样本接收光学拉曼信号；光栅，所述光栅操作以将拉曼信号分离成拉曼光谱，所述拉曼光谱包括表示样本中存在的分子成分的至少一个峰；光学检测器，所述光学检测器具有被配置成接收样本光谱的多个检测器元件；以及处理器，所述处理器被配置成从光学检测器接收表示样本光谱的以曲线形式的电信号，所述曲线包括具有x坐标和y坐标的至少一个峰。在这种实施例中，处理器还被配置成通过执行所述方法来对至少一个峰积分。所述处理器还被配置成接收表示标准拉曼光谱的数据，所述数据包括分子成分的标称峰最大y值和与标称峰最大y值相关联的x坐标；指定相对于x轴的窗口，所述窗口包括标称峰最大y值的x坐标；将x轴上的基线起始点定义为峰的x坐标减去第一预定偏移量；将x轴上的基线终止点定义为峰的x坐标加上第一预定偏移量；将x轴上的积分起始点定义为峰的x坐标减去第二预定偏移量；将x轴上的积分终止点定义为峰的x坐标加上第二预定偏移量；接收表示样本的样本光谱的电信号，所述样本光谱包括分子成分的至少一个峰，与标准光谱相比，所述样本光谱可具有x轴的相对移位；确定至少一个峰的实际最大y值和与所述实际最大y值相关联的x坐标；通过减去和加上如所定义的第一预定偏移量和第二预定偏移量，确定样本光谱的基线起始点、基线终止点、积分起始点和积分终止点，以用于对至少一个峰积分；确定在积分起始点与积分终止点之间的多个点中的每个点处的包括至少一个峰的曲线的y值和基线的y值；从在积分起始点与积分终止点之间的多个点中的每个点处确定的曲线的y值中减去基线y值；以及将基线减法的结果相加，以确定表示样本中存在的分子成分的净峰面积。在实施例中，表示包括分子成分的标称峰最大y值和与标称峰最大y值相关联的x坐标的标准光谱的数据是基于先前获得的数据。在另一实施例中，至少一个峰的实际最大y值是绝对最大值。在另一个实施例中，处理器还被配置成使用三次样条或其他曲线拟合方法来确定实际最大y值。在可替选实施例中，处理器还被配置成使用重心方法确定峰的实际最大y值。附图说明图1是描绘根据现有技术的通过沿x轴求和进行信号积分的曲线图；图2图示根据现有技术的曲线拟合示例，其中将两个函数求和以近似信号；图3图示根据现有技术的应用到具有基线减法的孤峰的梯形法则；图4图示根据现有技术的示例拉曼光谱，其中在y轴上具有散射光强度，并且在x轴上具有表示成以波数为单位的拉曼移位的波长；图5图示图1的放大截面图，示出了根据现有技术的由在x轴上的每个波数值处的y轴上的强度值组成的各个数据点；图6图示根据现有技术的具有精确基线和积分极限要求的未解析峰；图7描述如何使用固定的光栅和透镜系统将不同波长的光的混合物分离成分量波长，并且将这些波长投射到拉曼光谱仪中的检测器元件阵列上；图8描述当检测器阵列已经从位置x移位到位置x+xn时，如何不可以精确地测量相同位置中的光的各个波长；并且图9是对于具有1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进拉曼光谱仪的精确度的方法，所述方法包括：/n提供拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪包括：/n光栅，所述光栅操作以将从样本接收的拉曼信号分离成拉曼光谱，所述拉曼光谱包括表示所述样本中存在的分子成分的至少一个峰；/n光学检测器，所述光学检测器具有被配置成接收所述拉曼光谱的多个检测器元件；以及/n处理器，所述处理器操作以从所述光学检测器接收表示所述拉曼光谱的以曲线形式的电信号，所述曲线包括具有x坐标和y坐标的所述至少一个峰，其中，所述处理器被配置成对所述至少一个峰进行积分；以及/n使用所述光谱仪来执行以下操作：/n接收表示所述分子成分的标准拉曼光谱的数据，所述数据包括标称峰最大y值和与标称峰最大y值相关联的x坐标；/n指定相对于x轴的窗口，所述窗口包括所述标称峰最大y值的所述x坐标；/n将所述x轴上的基线起始点定义为峰的x坐标减去第一预定偏移量；/n将所述x轴上的基线终止点定义为所述峰的所述x坐标加上所述第一预定偏移量；/n将所述x轴上的积分起始点定义为所述峰的所述x坐标减去第二预定偏移量；/n将所述x轴上的积分终止点定义为所述峰的所述x坐标加上所述第二预定偏移量；/n从所述光谱仪接收表示样本拉曼光谱的数据，其中，所述样本光谱包括与所述样本中存在的所述分子成分相关联的至少一个样本峰，并且其中，与所述标准光谱相比，所述样本峰相对于所述检测器元件可具有所述x轴的相对移位；/n确定所述样本光谱的所述至少一个样本峰的实际最大y值和与所述实际最大y值相关联的x坐标；/n通过减去和加上如所定义的所述第一预定偏移量和所述第二预定偏移量，使用所述实际最大y值来计算所述基线起始点、所述基线终止点、所述积分起始点和所述积分终止点，以用于对所述样本峰积分；/n计算在所述积分起始点与所述积分终止点之间的多个点中的每个点处的包括所述样本峰的曲线的y值和基线的y值；/n从在所述积分起始点与所述积分终止点之间的所述多个点中的每个点处计算的所述曲线的所述y值中减去所述基线y值；以及/n将基线减法的结果相加，以计算出表示所述样本中存在的所述分子成分的净峰面积。/n...

【技术特征摘要】
20181019 US 16/165,0571.一种改进拉曼光谱仪的精确度的方法，所述方法包括：
提供拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪包括：
光栅，所述光栅操作以将从样本接收的拉曼信号分离成拉曼光谱，所述拉曼光谱包括表示所述样本中存在的分子成分的至少一个峰；
光学检测器，所述光学检测器具有被配置成接收所述拉曼光谱的多个检测器元件；以及
处理器，所述处理器操作以从所述光学检测器接收表示所述拉曼光谱的以曲线形式的电信号，所述曲线包括具有x坐标和y坐标的所述至少一个峰，其中，所述处理器被配置成对所述至少一个峰进行积分；以及
使用所述光谱仪来执行以下操作：
接收表示所述分子成分的标准拉曼光谱的数据，所述数据包括标称峰最大y值和与标称峰最大y值相关联的x坐标；
指定相对于x轴的窗口，所述窗口包括所述标称峰最大y值的所述x坐标；
将所述x轴上的基线起始点定义为峰的x坐标减去第一预定偏移量；
将所述x轴上的基线终止点定义为所述峰的所述x坐标加上所述第一预定偏移量；
将所述x轴上的积分起始点定义为所述峰的所述x坐标减去第二预定偏移量；
将所述x轴上的积分终止点定义为所述峰的所述x坐标加上所述第二预定偏移量；
从所述光谱仪接收表示样本拉曼光谱的数据，其中，所述样本光谱包括与所述样本中存在的所述分子成分相关联的至少一个样本峰，并且其中，与所述标准光谱相比，所述样本峰相对于所述检测器元件可具有所述x轴的相对移位；
确定所述样本光谱的所述至少一个样本峰的实际最大y值和与所述实际最大y值相关联的x坐标；
通过减去和加上如所定义的所述第一预定偏移量和所述第二预定偏移量，使用所述实际最大y值来计算所述基线起始点、所述基线终止点、所述积分起始点和所述积分终止点，以用于对所述样本峰积分；
计算在所述积分起始点与所述积分终止点之间的多个点中的每个点处的包括所述样本峰的曲线的y值和基线的y值；
从在所述积分起始点与所述积分终止点之间的所述多个点中的每个点处计算的所述曲线的所述y值中减去所述基线y值；以及
将基线减法的结果相加，以计算出表示所述样本中存在的所述分子成分的净峰面积。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标称峰最大y值和与所述标称峰最大y值相关联的所述x坐标是基于先前获得的数据。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算所述至少一个样本峰的所述实际最大y值的步骤包括确定绝对最大值。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述计算所述至少一个样本峰的所述实际最大y值的步骤包括使用三次样条或其他曲线拟合方法或使用重心方法。


5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
使用两个起始参数来定义下基线点；
使用两个终止参数来定义上基线点；以及
分别基于所述下基线点和所述上基线点来计算所述基线起始点和所述基线终止点。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述基线起始点和所述基线终止点分别被计算为每组起始参数与终止参数之间的区域的平均值，计算为每组起始参数与终止参数之间的区域的最小值，或者计算为每组起始参数与终止参数之间的区域的限幅平均值。


7.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·维甘德，
申请(专利权)人：凯塞光学系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US