[发明专利]基于双探头采样和自适应机器学习的紫外拉曼光谱检测装置

说明书

本发明涉及一种基于双探头采样和自适应机器学习的紫外拉曼光谱检测装置，包括第一光学探头，通过激光光束与样品表面接触，并采集样品的拉曼信号，实现精细化检测分析，对样品信息进行入库；第二光学探头，通过激光光束与样品表面接触，并采集样品的拉曼信号，实现实用性快速检测分析；光谱仪，与所述的第一光学探头和第二光学探头通过光纤相连接，用于接收所述的样品的拉曼信号，并处理信号和显示信号。采用了本发明的基于双探头采样和自适应机器学习的紫外拉曼光谱检测装置，可以实现对拉曼光谱仪采集的原始拉曼数据分别进行精细化分析和实用性分析，并结合自适应机器学习算法，实现自动、快速去噪、有效信号的识别和分类。

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及光学检测技术领域，具体是指一种基于双探头采样和自适应机器学习的紫外拉曼光谱检测装置。

背景技术

拉曼光谱法是上世纪20年代由印度科学家拉曼提出来的一项技术。上世纪六十年代激光器的诞生，给拉曼光谱的应用带来了发展空间。拉曼光谱分析技术由于具有丰富的物质特性信息、无损检验、无需样品制备等优点，作为一种行之有效的检测分析方法目前已被广泛应用，是现代物质特征分析技术的重要组成部分。早期的拉曼光谱仪体积较大且安装不方便，主要应用于实验室中，随着光电、嵌入式软硬件、机器学习算法、拉曼光谱分析技术的不断进步，体积小、重量轻、移动方便的手持便携式拉曼光谱仪具有检测快速准确等优点，迅速得到了发展，市场需求不断增加。世界上各知名光谱仪生产厂家相继推出了多种型号的便携式拉曼光谱仪。

紫外拉曼由于激光激发波长处于紫外波段的短波长区域，它有诸多优势，一是避开了荧光干扰，因为拉曼光谱信号很弱，可见波长的激发光很容易产生被测物或杂质的严重荧光干扰。二是具有很高的灵敏度，理论计算表明，拉曼信号的强度与频率的四次方成正比，紫外光的频率相对于可见光和红外光要高很多，因此会带来额外的信号增强。三是具有很好的选择性。对于不同的样品或样品中不同的结构，其电子能级不同，因此能使其共振的激发光也不同。危险化学品的结构普遍含有苯环的芳烃结构，能在电子吸收带内进行激发，也就是所谓的共振激发，能产生较大的偶极矩，拉曼的信号强度就较大。

原始的拉曼光谱包含荧光、各种干扰源等噪声，对测量造成极大影响。拉曼光谱数据处理技术是指在对样品进行定性、定量分析之前对所测光谱进行消除荧光、噪声的处理，为拉曼光谱物质鉴别提供可靠有效的数据，以获得稳定、可靠的分析结果。在实际测量中，对荧光进行抑制措施是十分必要的。此外，实际测量时，拉曼光谱中还存在着多种干扰源，主要有激光及拉曼散射光的发射噪声，CCD探测器的散粒噪声、暗电流噪声及读出噪声，样品、样品容器等的荧光和磷光背景、样品及其周围环境的黑体辐射，环境中射线导致的尖峰等等。这些干扰源会给后续的分析结果带来不准确性及不稳定性。所以，为了获得有效待测物品光谱，首先要对测的原始光谱进行有效的去荧光效应，去噪声处理，同时还要对被测物质光谱进行精细化特征谱分析和实用性快速检测分析，实现物质鉴别。

随着机器学习、人工智能技术的不断发展，基于机器学习的自动、智能拉曼光谱数据处理与鉴别方法，并进行精准化和实用性检测将是拉曼光光谱仪数据处理与鉴别发展的趋势。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足实用性好、快速去噪、适用范围较为广泛的基于双探头采样和自适应机器学习的紫外拉曼光谱检测装置。

为了实现上述目的，本发明的基于双探头采样和自适应机器学习的紫外拉曼光谱检测装置如下：

该基于双探头采样和自适应机器学习的紫外拉曼光谱检测装置，其主要特点是，所述的装置包括：

第一光学探头，通过激光光束与样品表面接触，并采集样品的拉曼信号，实现精细化检测分析，对样品信息进行入库；

第二光学探头，为大孔径远距离探头，通过激光光束与样品表面接触，并采集样品的拉曼信号，与第一光学探头互补，实现实用性快速检测分析；