一种用于获取光谱仪性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于获取光谱仪性能的方法，评价光谱仪的数据采集和分析能力，根据评价结果选择合适的光谱仪。具体的，检测样品属性的实际值，通过光谱仪采集样品的光谱数据，建立样品属性的光谱模型，根据光谱模型的光谱值得到样品属性的预测值，建立预测值分布图，根据分布图建立分布函数，计算出分布函数能够被不同光谱仪测定的最大值、最小值、分辨率及误差，作为选择光谱仪的系列计算指标。本发明专利技术为选择不同光谱仪进行有效科学研究提供了直接参考。利用本发明专利技术可以列举出不同光谱仪对应的光谱分析技术指标，根据研究需求，选择满足要求的低成本光谱仪，用于科研和生产，实现既定目标的同时能够节约成本。定目标的同时能够节约成本。定目标的同时能够节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于获取光谱仪性能的方法


[0001]本专利技术属于科学仪器
，具体地说，是涉及一种用于获取光谱仪性能的方法。

技术介绍

[0002]光谱分析是信息时代的主要末端传感技术，已成功用于多个领域。在生态环境监测领域，光谱分析广泛用于土壤或沉积物样品的多参数速测。其中，光谱仪是光谱数据采集和分析的关键。然而，光谱仪品牌繁多，有的价格高但技术指标也好，有的技术指标一般但价格也低。通常情况下，认为技术指标好的光谱仪会更好的解决问题。因此，高昂的研究成本成了一条鸿沟，限制了创新和发展。
[0003]然而，经过分析发现，解决相同的问题，不同研究使用了不同的光谱仪，最终实现了相同的目标。显然，技术指标好的光谱仪(昂贵的光谱仪)不一定是正确选择，但合适的光谱仪肯定是正确选择。不同光谱仪的性能存在显著差异，采集同一样品的光谱及其形成的光谱分析结果都会有不同，因此，如何在满足需求的前提下选择性价比高的光谱仪成为亟待解决的问题。
[0004]为此，本专利技术提出一种用于获取光谱仪性能的方法，以期通过科学的方法解决上述问题，打破限制创新和发展的鸿沟。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于获取光谱仪性能的方法，以解决通过技术指标无法选择满足需求的性价比最高的光谱仪的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种用于获取光谱仪性能的方法，所述方法为：
[0008]检测样品属性的实际值；
[0009]通过光谱仪采集样品的光谱数据；
[0010]建立样品属性的光谱模型；
[0011]根据光谱模型的光谱值得到样品属性的预测值，建立预测值分布图，根据分布图建立分布函数；
[0012]获取分布函数的极值作为光谱仪相关参数的检测范围，获取分布函数的平均浓度差值作为光谱仪相关参数的分辨率，根据预测值和实际值的差值作为光谱仪相关参数的检测误差；
[0013]通过所述检测范围、分辨率和检测误差得到光谱仪的性能。
[0014]如上所述的用于获取光谱仪性能的方法，对多个光谱仪的性能进行获取，根据需求选择合适的光谱仪。
[0015]如上所述的用于获取光谱仪性能的方法，所述将预测值与实际值的差值绘制四分位数图，以比较不同光谱仪的检测误差。
[0016]如上所述的用于获取光谱仪性能的方法，对于样品，分为建模集和预测集，针对建模集通过光谱仪采集的光谱数据建立光谱模型，利用预测集验证模型，评价建模效果。
[0017]如上所述的用于获取光谱仪性能的方法，在建模效果达到要求时采用建立的光谱模型，否则，重新建立光谱模型。
[0018]如上所述的用于获取光谱仪性能的方法，其特征在于，将样品通过K-S算法以2:1的比例分类为建模集和检验集。
[0019]如上所述的用于获取光谱仪性能的方法，针对光谱仪采集的建模集的光谱数据利用PLSR建立光谱模型。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术用于获取光谱仪性能的方法，评价光谱仪的数据采集和分析能力，根据评价结果选择合适的光谱仪。具体的，检测样品属性的实际值，通过光谱仪采集样品的光谱数据，建立样品属性的光谱模型，根据光谱模型的光谱值得到样品属性的预测值，建立预测值分布图，根据分布图建立分布函数，计算出分布函数能够被不同光谱仪测定的最大值、最小值、分辨率及误差，作为选择光谱仪的系列计算指标。其中，分布函数的极值，对应最大值和最小值，即检测范围；在分布函数中的平均浓度差值，就是检测分辨率；预测值和实际值的差异，就是检测误差，可通过四分位图进行直观的表示。本专利技术为选择不同光谱仪进行有效科学研究提供了直接参考。利用本专利技术可以列举出不同光谱仪对应的光谱分析技术指标，根据研究需求，选择满足要求的低成本光谱仪，用于科研和生产，实现既定目标的同时能够节约成本。
[0021]结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
[0022]图1是本专利技术具体实施例评价光谱仪的数据采集和分析能力的系列技术指标的模式图。
[0023]图2是本专利技术具体实施例通过不同光谱仪采集的中国黄渤海沉积物反射光谱。
[0024]图3是本专利技术具体实施例不同光谱仪采集的相同样品的反射光谱比较图。
[0025]图4是本专利技术具体实施例不同光谱仪对沉积物有机碳分析的检测范围和分辨率。
[0026]图5是本专利技术具体实施例不同光谱仪对沉积物有机碳分析的检测误差。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细地描述。
[0028]本实施例提出了一种用于获取光谱仪性能的方法：
[0029]检测样品属性的实际值。
[0030]通过光谱仪采集样品的光谱数据。
[0031]建立样品属性的光谱模型；对于样品，分为建模集和预测集，针对建模集通过光谱仪采集的光谱数据建立光谱模型，利用预测集验证模型，评价建模效果。
[0032]在建模效果达到要求时采用建立的光谱模型，否则，重新建立光谱模型。
[0033]根据光谱模型的光谱值得到样品属性的预测值，建立预测值分布图，根据分布图建立分布函数。
[0034]获取分布函数的极值作为光谱仪相关参数的检测范围，获取分布函数的平均浓度差值作为光谱仪相关参数的分辨率，根据预测值和实际值的差值作为光谱仪相关参数的检测误差。
[0035]通过所述检测范围、分辨率和检测误差得到光谱仪的性能。
[0036]对多个光谱仪的性能进行获取，根据需求选择合适的光谱仪。
[0037]将预测值与实际值的差值绘制四分位数图，以比较不同光谱仪的检测误差。
[0038]优选的，将样品通过K-S算法以2:1的比例分类为建模集和检验集。针对光谱仪采集的建模集的光谱数据利用PLSR建立光谱模型。
[0039]下面以中国黄渤海沉积物有机碳的光谱分析为例，比较安捷伦的Cary5000、ASD的FieldSpec4、海洋光学的QEPro三种光谱仪在有机碳反射光谱及其光谱分析中的差异。其中，Cary5000属于室内设备，FieldSpec4和QEPro属于便携式设备。Cary5000和FieldSpec4的价格高昂，波长范围350-2500nm；QEPro价格仅为前者的1/6，但波长范围200-1000nm。
[0040]3个光谱仪的技术指标如表1所示。
[0041][0042]黄渤海沉积物样品96个，干燥研磨后过0.5mm筛，采集可见-近红外光谱，并测定有机碳(TOC)含量(％)。TOC测定之前，先把样品通过盐酸去除无机碳后，冻干，研磨，然后利用元素分析仪(Vario EL III Elemental Analyzer)测定总碳含量，即为TOC含量。得到沉积物的TOC含量分布在0.25％-1.73％之间，平均值为0.75％，中值为0.67％。
[0043]分别利用C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于获取光谱仪性能的方法，其特征在于，所述方法为：检测样品属性的实际值；通过光谱仪采集样品的光谱数据；建立样品属性的光谱模型；根据光谱模型的光谱值得到样品属性的预测值，建立预测值分布图，根据分布图建立分布函数；获取分布函数的极值作为光谱仪相关参数的检测范围，获取分布函数的平均浓度差值作为光谱仪相关参数的分辨率，根据预测值和实际值的差值作为光谱仪相关参数的检测误差；通过所述检测范围、分辨率和检测误差得到光谱仪的性能。2.根据权利要求1所述的用于获取光谱仪性能的方法，其特征在于，对多个光谱仪的性能进行获取，根据需求选择合适的光谱仪。3.根据权利要求2所述的用于获取光谱仪性能的方法，其特征在于，所述将预测值与...

【专利技术属性】
技术研发人员：范萍萍，邱慧敏，李雪莹，吕红敏，侯广利，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：