[发明专利]一种基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法

权利要求书

1.一种基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：水样制备，利用三维荧光谱测量确定水样中DOM种类和相对含量，获得验证用数据；

S2：构建SPR光子舌传感阵列：利用多个多模光纤，镀以不同厚度的金膜，构成具有不同折射率的SPR传感探头阵列，使各传感探头的折射率分布在光子舌阵列设计要求的1.33～1.43RIU范围内；

S3：将S2中SPR光子舌传感阵列引入测试电路，实现水样SPR特征共振波长、谱宽以及光强测量，获得训练用数据；

S4：利用ICPSO优化BP神经网络构建多分类器集成系统，利用S3中SPR传感探头测得各水样SPR响应的波长、谱宽和光强训练用数据作为各自ICPSO网络分类器的输入，将S1分析确定的DOM组份数据作为网络输出，进行ICPSO-BP网络训练，获得满足误差要求的网络结构参数；

S5：将各SPR传感探头测试数据输入到训练成功的神经网络，从而获得各自DOM组份输出，再根据分类器的输出结果，最终确定DOM组份。

2.根据权利要求1所述的基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法，其特征在于，所述测试电路包括所述SPR传感探头阵列中的多个SPR传感探头、Y耦合器、宽带光源以及闭环检测系统，所述多个SPR传感探头共用Y耦合器、宽带光源以及闭环检测系统，宽带光源耦合至导光光纤L0中，再由其接入Y耦合器，Y耦合器的另一分支由导光光纤L1接SPR传感探头，SPR传感探头感应的被测信号光谱通过导光光纤L1再反射到Y耦合器，经导光光纤L2送闭环检测系统，由闭环检测系统进行光谱信号识别，并转换为电信号，最后通过电缆L3传送至计算机。

3.根据权利要求1所述的基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法，其特征在于，所述多模光纤所镀金膜厚度范围为55～85nm。

4.根据权利要求1所述的基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法，其特征在于，所述ICPSO优化BP神经网络构建的多分类器集成系统包括三个初级分类器，每个分类器的ANN网络结构设计相同，改进粒子群算法ICPSO对BP网络权值及阈值进行优化处理，具体实现过程如下：

1)构建并初始化三层BP神经网络，进行输入层、输出层、隐层以及适应度函数的设计；

2)初始化粒子群：确定加速系数c₁,c₂、惯性因子ω、粒子的数量、迭代次数k₁、ICPSO子群数r，子群数步长n、随机数r₁,r₂以及粒子维数，把所有种群粒子分为r组，由各组分别搜索本组最优值；

3)利用适应度函数，计算个体最优值pi_t、全局最优值pg_t、子群最优值pr_t；

4)更新粒子当前速度与位置；

x_t+1＝x_t+v_t+1

式中，pr_t—子群最优值；t—当次寻优次数；r—子群数；其余参数同上；

5)更新最优值：根据适应度函数来比较当前最优值与个体最优值pi_t、全局最优值pg_t、子群最优值pr_t三者关系，若当前最优值优于其中任何一个参数，即将其替换；

6)检查结束条件：若迭代次数k大于最大迭代次数k₁或评价用误差值大于给定值，则停止迭代并转7)，否则，转4)；

7)保存该组全局最优值；

8)检查ICPSO子群数结束条件：若子群数满足最大子群数，则转9)，否则子群数加n后，转4)，其中，n为子群数调整步长；

9)根据适应度函数比较各分组输出全局最优粒子位置，并将位置最优一组的全局最优位置映射为神经网络权值及阈值。

5.根据权利要求4所述的基于SPR光子舌传感阵列的DOM组份检测方法，其特征在于，所述适应度函数为：

其中，n₃为输出节点数；l为训练样本数；t_k为目标输出，即被测介质折射率的真值；y_k为BP网络训练实际输出。