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[期刊论文] 柯轲 吕勇 易灿灿
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EI CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:在激光诱导击穿光谱定量分析中,基线是LIBS光谱信号的重要组成部分,由于受到实验参数设置及实验环境变化等影响,导致等离子体的发射谱线呈现不同程度的基线漂移现象,因此基线校正是光谱分析的重要环节.现有算法如多项式拟合通常需要设定关键参数,不具备自适应性.由于激光诱导产生的等离子体光谱信号的特征峰具有明显的独立性和稀疏性,以及基线具有低通特性,因此在凸优化约束框架下,提出了非参数化基线校正模型.同时,利用高效率的迭代算法来保证结果的收敛性.首先对23个高合金钢样本的光谱信号进行基线校正,然后以合金钢样本中的铬(Cr)元素为分析对象,并选取11条分析线进行定量分析.分别采用PLS和SVM定量模型进行训练和预测,并且与传统方法相比较,证明了所提出方法可以提高定量分析精度....
[硕士论文] 柯轲
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种新型的用于物质成分快速检测和元素分析的检测技术,具有分析快速、不需要复杂样品处理,可同时分析多种元素等优势。激光诱导击穿光谱技术包括光谱光谱数据的采集、处理以及后期的定量分析,最终确定物质的组成成分以及含量,其中,光谱数据预处理的结果直接决定元素定量分析的准确性。一般情况下,LIBS信号主要包括特征峰、背景和噪声三部分组成,其中特征峰具有典型的稀疏性特点,背景或者基线部分具有低频的特点,噪声具有高频和随机性的特点。因此,针对LIBS信号的特点,利用稀疏凸优化理论对光谱信号进行处理,从而提高定量分析的精度,本文的主要研究内容如下:
  1、针对光谱信号的噪声具有高频和随机性特点,且特征峰具有稀疏性,本文提出了一类新型非凸性惩罚函数,该惩罚函数是多变量泛化的最小极大值凸惩罚函数,它是对Huber函数的多元推广,实现了对光谱数据的稀疏表示和降噪处理。利用本文提出的算法对光谱信号降噪之后,可以去除LIBS中的高频随机噪声。
  2、针对基线漂移对LIBS定量分析的影响,由于光谱信号的特征峰具有明显的独立性和稀疏性,以及基线具有低通特性,本文提出了基于凸优化理论的基线校正方法,使用指数惩罚函数来替代对数惩罚函数。本文通过对基线校正后的光谱进行定量分析,表明了本文提出方法的有用性。
  3、现有的基于标样的回归模型在LIBS定量分析中精度差,针对这一问题,本文提出了改进的随机森林回归模型并应用于LIBS定量分析中,将凸优化理论中的矩阵低秩逼近思想与随机森林模型相结合,提高了LIBS定量分析精度。通过与偏最小二乘、支持向量机模型对比来验证本方法在定量分析方面的优势。
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