本發(fā)明涉及金屬檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及金屬成分檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種用于成分檢測(cè)的光譜分析系統(tǒng)及光譜分析方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)發(fā)展，各種金屬的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而金屬的不同成分的分析，一直是社會(huì)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)中，雖然有采用各種方式進(jìn)行金屬成分分析的，但一般都需要與金屬進(jìn)行接觸性測(cè)試，或者需要將金屬與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。采用接觸性測(cè)試，會(huì)造成測(cè)試不方便，并且操作均需要人力進(jìn)行，十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力；采用與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方法，會(huì)造成金屬樣本的破壞，對(duì)于需要保留金屬樣本的場(chǎng)合十分不適用。因此，急需一種新的金屬成分分析的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)出現(xiàn)了采用激光進(jìn)行產(chǎn)品分析的方法，但主要應(yīng)用于纖維制品、紡織制品等，還沒(méi)有應(yīng)用到金屬成分的分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種用于成分檢測(cè)的光譜分析系統(tǒng)及光譜分析方法，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和建模建立金屬成分分析的校正模型，有選擇性地提取與分類目標(biāo)有關(guān)的信息并抑制非相關(guān)特征和噪聲的影響。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下構(gòu)成：

該用于成分檢測(cè)的光譜分析系統(tǒng)，所述的光譜分析系統(tǒng)應(yīng)用于金屬成分分析裝置中，所述光譜分析設(shè)備包括：

降噪處理模塊，用于對(duì)校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，以及對(duì)檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理；

校正建模模塊，用于基于所述校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件進(jìn)行建模，得到金屬成分測(cè)定模型；

檢測(cè)分析模塊，用于采用所述金屬成分測(cè)定模型和所述檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)，分析得到所述檢測(cè)金屬樣本的成分分析數(shù)據(jù)；以及

通信模塊，用于與所述控制設(shè)備進(jìn)行通信；

所述金屬成分分析裝置中包括：

取樣機(jī)器人，用于將金屬樣品放置于樣品室內(nèi)；所述取樣機(jī)器人包括第一機(jī)械手臂、第二機(jī)械手臂、第三手臂和底座，所述第一機(jī)械手臂、所述第二機(jī)械手臂和所述第三手臂的一端均活動(dòng)連接于所述底座，所述樣品室位于所述第一機(jī)械手臂的另一端的活動(dòng)范圍之內(nèi)，且所述樣品室位于所述第二機(jī)械手臂的另一端的活動(dòng)范圍之內(nèi)，所述第一機(jī)械手臂用于將所述透明外罩提升或放置回原位，所述第二機(jī)械手臂用于將金屬樣品從托盤中取出或?qū)⑿碌慕饘贅悠贩胖玫剿鐾斜P中，所述第三機(jī)械手臂的表面環(huán)繞設(shè)置有擦洗毛刷，所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述透明外罩提升至預(yù)設(shè)高度時(shí)，且所述托盤中沒(méi)有金屬樣品時(shí)，所述取樣機(jī)器人的第三手臂對(duì)所述托盤進(jìn)行擦洗；

脈沖激光器，用于向所述樣品室發(fā)射脈沖激光，所述脈沖激光器的超短脈沖輸出端對(duì)準(zhǔn)光譜探測(cè)設(shè)備中的光譜收集透鏡組；

光譜探測(cè)設(shè)備，用于接收激光經(jīng)所述樣品室后的光譜，并將光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至控制設(shè)備；

光譜分析設(shè)備，用于從所述控制設(shè)備接收所述光譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述光譜數(shù)據(jù)分析金屬樣品的成分；以及

控制設(shè)備，用于控制所述取樣機(jī)器人放置樣品后，依次觸發(fā)所述脈沖激光器和光譜探測(cè)設(shè)備，接收所述光譜探測(cè)設(shè)備發(fā)送的光譜數(shù)據(jù)，并將所述光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至所述光譜分析設(shè)備；

所述控制設(shè)備包括：

控制通信模塊，用于分別與所述取樣機(jī)器人、脈沖激光器、光譜探測(cè)設(shè)備和光譜分析設(shè)備進(jìn)行通信；

數(shù)據(jù)異常判斷模塊，用于判斷所述光譜分析設(shè)備的成分分析結(jié)果是否異常；以及

報(bào)警模塊，用于當(dāng)所述數(shù)據(jù)異常判斷模塊判斷所述成分分析結(jié)果異常時(shí)，進(jìn)行報(bào)警。

較佳地，所述光譜探測(cè)設(shè)備包括光譜收集透鏡組、光纖接口、激光激發(fā)透鏡組和角度調(diào)節(jié)器，所述光譜收集透鏡組與所述光纖接口相連接，所述光譜收集透鏡組的前端與所述角度調(diào)節(jié)器相連接，所述激光激發(fā)透鏡組與所述角度調(diào)節(jié)器相連接；所述激光激發(fā)透鏡組的內(nèi)透鏡位置可調(diào)節(jié)；所述角度調(diào)節(jié)器的角度可配合所述光譜收集透鏡組在15～75度范圍內(nèi)調(diào)整。

較佳地，所述控制設(shè)備將所述光譜分析設(shè)備的成分分析結(jié)果中各種成分的占比與預(yù)設(shè)預(yù)測(cè)范圍進(jìn)行比較，如果偏差超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，則判斷所述光譜分析設(shè)備的成分分析結(jié)果異常，否則，判斷所述光譜分析設(shè)備的成分分析結(jié)果正常。

較佳地，所述脈沖激光器包括驅(qū)動(dòng)供電模塊和激光器模塊，所述驅(qū)動(dòng)供電模塊包括供電電源單元和脈沖產(chǎn)生單元，所述供電電源單元與所述脈沖產(chǎn)生單元相連接，所述脈沖產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生所需脈沖參數(shù)的電脈沖；所述激光器模塊包括脈沖電平轉(zhuǎn)換單元、脈沖電流開(kāi)關(guān)和脈沖激光器單元，所述脈沖電平轉(zhuǎn)換單元用于將所述脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電脈沖升高至所需電平以滿足所述脈沖電流開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)要求，所述脈沖產(chǎn)生單元通過(guò)同軸電纜與所述脈沖電平轉(zhuǎn)換單元相連接，所述脈沖電流開(kāi)關(guān)的輸出端與所述脈沖激光器單元相連接；

所述脈沖激光器單元包括半導(dǎo)體激光器、光纖預(yù)放大器、光纖主放大器、脈沖選擇器以及超短脈沖輸出端；所述脈沖電流開(kāi)關(guān)與所述半導(dǎo)體激光器相連接，所述半導(dǎo)體激光器依次通過(guò)所述光纖預(yù)放大器、光纖主放大器以及脈沖選擇器接入超短脈沖輸出端；所述半導(dǎo)體激光器與脈沖選擇器相連接，所述半導(dǎo)體激光器是光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器。

更佳地，所述光纖預(yù)放大器包括光纖波分復(fù)用器、抽運(yùn)半導(dǎo)體激光器、第一增益光纖、光纖濾波器以及第一光纖隔離器；所述半導(dǎo)體激光器以及抽運(yùn)半導(dǎo)體激光器分別通過(guò)所述光纖波分復(fù)用器接入所述第一增益光纖，所述第一增益光纖通過(guò)所述光纖濾波器接入所述第一光纖隔離器；

所述光纖主放大器包括高功率抽運(yùn)光源、光纖合波器、第二增益光纖以及第二光纖隔離器；所述第一光纖隔離器依次通過(guò)所述光纖合波器和第二增益光纖接入第二光纖隔離器；所述高功率抽運(yùn)光源接入所述光纖合波器。

更進(jìn)一步地，所述脈沖選擇器包括強(qiáng)度調(diào)制器、可調(diào)延時(shí)器以及強(qiáng)度調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源；所述脈沖電流開(kāi)關(guān)通過(guò)所述可調(diào)延時(shí)器和強(qiáng)度調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源接入所述強(qiáng)度調(diào)制器，所述第二光纖隔離器通過(guò)所述強(qiáng)度調(diào)制器接入所述超短脈沖輸出端；

所述供電電源單元通過(guò)供電導(dǎo)線與所述脈沖激光器單元相連接，所述供電導(dǎo)線與所述同軸電纜組合成復(fù)合電纜，所述同軸電纜的特性阻效為75歐姆。

本發(fā)明還涉及一種光譜分析方法，采用所述的光譜分析系統(tǒng)，所述光譜分析方法包括如下步驟：

所述降噪處理模塊獲取校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)，并進(jìn)行降噪處理；

所述校正建模模塊基于所述校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件進(jìn)行建模，得到金屬成分測(cè)定模型；

所述降噪處理模塊獲取檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)，并進(jìn)行降噪處理；以及

所述檢測(cè)分析模塊采用所述金屬成分測(cè)定模型和所述檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)，分析得到所述檢測(cè)金屬樣本的成分分析數(shù)據(jù)。

較佳地，所述降噪處理模塊獲取校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)之前，還包括如下步驟：

采集已知成分組成的校正金屬樣本，所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述樣品室的透明外罩提升至預(yù)設(shè)高度，通過(guò)所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂將所述校正金屬樣本放置于樣品室，所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述樣品室的透明外罩放置回原位；

所述控制設(shè)備控制所述脈沖激光器向所述樣本室發(fā)射短波脈沖激光；以及

所述控制設(shè)備控制所述光譜探測(cè)設(shè)備采集經(jīng)所述光路系統(tǒng)后的光譜，并將校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至所述光譜分析設(shè)備；

所述降噪處理模塊獲取檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)之前，還包括如下步驟：

所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述樣品室的透明外罩提升至預(yù)設(shè)高度，通過(guò)所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂將所述校正金屬樣本取出；

開(kāi)啟所述吹風(fēng)設(shè)備，吹去所述托盤表面的殘留物；

采集待測(cè)定的檢測(cè)金屬樣本，并通過(guò)所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂將所述檢測(cè)金屬樣本放置于樣品室，所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述樣品室的透明外罩放置回原位；

所述控制設(shè)備控制所述脈沖脈沖激光器向所述樣本室發(fā)射短波脈沖激光；以及

所述控制設(shè)備控制所述光譜探測(cè)設(shè)備采集經(jīng)所述光路系統(tǒng)后的光譜，并將光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至所述光譜分析設(shè)備。

更佳地，分析得到所述檢測(cè)金屬樣本的成分分析數(shù)據(jù)之后，還包括如下步驟：

所述控制設(shè)備獲取所述光譜分析設(shè)備的分析數(shù)據(jù)，判斷分析數(shù)據(jù)是否異常；

如果分析結(jié)果異常，則停止金屬成分檢測(cè)，并進(jìn)行報(bào)警；

如果分析結(jié)果正常，所述控制設(shè)備控制所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述透明外罩提升至預(yù)設(shè)高度，所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂將所述樣品室中的檢測(cè)金屬樣品取出，采用所述吹風(fēng)設(shè)備清理所述托盤之后，采用所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂在所述托盤中放置新的檢測(cè)金屬樣本。

較佳地，采用所述降噪處理模塊對(duì)所述校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)根據(jù)如下算法進(jìn)行降噪處理：

(Savitzky-Golay平滑，平滑窗口數(shù)為21)+歸一化+(Savitzky-Golay一階微分，窗口數(shù)為17，多項(xiàng)式次數(shù)為3)；

采用所述降噪處理模塊對(duì)所述檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)根據(jù)如下算法進(jìn)行降噪處理：

(Savitzky-Golay平滑，平滑窗口數(shù)為21)+歸一化+(Savitzky-Golay一階微分，窗口數(shù)為17，多項(xiàng)式次數(shù)為3)。

采用了該發(fā)明中的用于成分檢測(cè)的光譜分析系統(tǒng)及光譜分析方法，具有如下有益效果：

(1)采用激光對(duì)金屬成分進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量金屬成分，進(jìn)一步采用取樣機(jī)器人，可以保障整個(gè)金屬成分分析過(guò)程中的自動(dòng)化，工作人員全程不必實(shí)時(shí)盯著金屬成分分析過(guò)程，可以快速方便地對(duì)多個(gè)金屬樣本進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)分析；

(2)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和建模建立金屬成分分析的校正模型，有選擇性地提取與分類目標(biāo)有關(guān)的信息并抑制非相關(guān)特征和噪聲的影響，可以有效消除各種非目標(biāo)因素對(duì)光譜造成的影響，實(shí)現(xiàn)光譜分析更好的技術(shù)效果；

(3)采用本發(fā)明的激光器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以顯著改善對(duì)短脈沖激光器的脈沖驅(qū)動(dòng)質(zhì)量，降低對(duì)連接驅(qū)動(dòng)模塊和激光模塊間的電纜的特殊要求，并使其長(zhǎng)度可以顯著增加，最大限度地降低此方面應(yīng)用的難度要求，促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步；超短脈沖激光器包括半導(dǎo)體激光器、單模光纖放大器、雙包層光纖放大器以及脈沖選擇器，由于半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的納秒脈沖激光峰值功率比較低，先通過(guò)單模光纖放大器進(jìn)行預(yù)放大，獲得一定功率的輸出，再通過(guò)雙包層單模光纖放大器進(jìn)行功率放大，在功率放大時(shí)，納秒激光脈沖的峰值功率超過(guò)一定的閾值后，受到光纖非線性效應(yīng)的調(diào)制，會(huì)發(fā)生分裂，形成多個(gè)子脈沖，可以采用納秒量級(jí)的光脈沖選擇器選出分裂脈沖的第一個(gè)子脈沖，從而獲得單個(gè)的超短脈沖激光輸出。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的光譜分析設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的基于光譜分析技術(shù)的金屬成分檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明的脈沖激光器的驅(qū)動(dòng)供電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的脈沖激光器的激光器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的光纖預(yù)放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的光纖主放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的脈沖選擇器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明的光譜探測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明的光譜分析方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

如圖1～9所示，該用于成分檢測(cè)的光譜分析系統(tǒng)，所述的光譜分析系統(tǒng)應(yīng)用于金屬成分分析裝置中，所述光譜分析設(shè)備包括：

降噪處理模塊，用于對(duì)校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，以及對(duì)檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理；

校正建模模塊，用于基于所述校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件進(jìn)行建模，得到金屬成分測(cè)定模型；

檢測(cè)分析模塊，用于采用所述金屬成分測(cè)定模型和所述檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)，分析得到所述檢測(cè)金屬樣本的成分分析數(shù)據(jù)；以及

通信模塊，用于與所述控制設(shè)備進(jìn)行通信；

所述金屬成分分析裝置中包括：

取樣機(jī)器人，用于將金屬樣品放置于樣品室內(nèi)；所述取樣機(jī)器人包括第一機(jī)械手臂、第二機(jī)械手臂、第三手臂和底座，所述第一機(jī)械手臂、所述第二機(jī)械手臂和所述第三手臂的一端均活動(dòng)連接于所述底座，所述樣品室位于所述第一機(jī)械手臂的另一端的活動(dòng)范圍之內(nèi)，且所述樣品室位于所述第二機(jī)械手臂的另一端的活動(dòng)范圍之內(nèi)，所述第一機(jī)械手臂用于將所述透明外罩提升或放置回原位，所述第二機(jī)械手臂用于將金屬樣品從托盤中取出或?qū)⑿碌慕饘贅悠贩胖玫剿鐾斜P中，所述第三機(jī)械手臂的表面環(huán)繞設(shè)置有擦洗毛刷，所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述透明外罩提升至預(yù)設(shè)高度時(shí)，且所述托盤中沒(méi)有金屬樣品時(shí)，所述取樣機(jī)器人的第三手臂對(duì)所述托盤進(jìn)行擦洗；

脈沖激光器，用于向所述樣品室發(fā)射脈沖激光，所述脈沖激光器的超短脈沖輸出端對(duì)準(zhǔn)光譜探測(cè)設(shè)備中的光譜收集透鏡組；

光譜探測(cè)設(shè)備，用于接收激光經(jīng)所述樣品室后的光譜，并將光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至控制設(shè)備；

光譜分析設(shè)備，用于從所述控制設(shè)備接收所述光譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述光譜數(shù)據(jù)分析金屬樣品的成分；以及

控制設(shè)備，用于控制所述取樣機(jī)器人放置樣品后，依次觸發(fā)所述脈沖激光器和光譜探測(cè)設(shè)備，接收所述光譜探測(cè)設(shè)備發(fā)送的光譜數(shù)據(jù)，并將所述光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至所述光譜分析設(shè)備；

所述控制設(shè)備包括：

控制通信模塊，用于分別與所述取樣機(jī)器人、脈沖激光器、光譜探測(cè)設(shè)備和光譜分析設(shè)備進(jìn)行通信；

數(shù)據(jù)異常判斷模塊，用于判斷所述光譜分析設(shè)備的成分分析結(jié)果是否異常；以及

報(bào)警模塊，用于當(dāng)所述數(shù)據(jù)異常判斷模塊判斷所述成分分析結(jié)果異常時(shí)，進(jìn)行報(bào)警。

較佳地，所述光譜探測(cè)設(shè)備包括光譜收集透鏡組、光纖接口、激光激發(fā)透鏡組和角度調(diào)節(jié)器，所述光譜收集透鏡組與所述光纖接口相連接，所述光譜收集透鏡組的前端與所述角度調(diào)節(jié)器相連接，所述激光激發(fā)透鏡組與所述角度調(diào)節(jié)器相連接；所述激光激發(fā)透鏡組的內(nèi)透鏡位置可調(diào)節(jié)；所述角度調(diào)節(jié)器的角度可配合所述光譜收集透鏡組在15～75度范圍內(nèi)調(diào)整。

在一種較佳的實(shí)施方式中，所述控制設(shè)備將所述光譜分析設(shè)備的成分分析結(jié)果中各種成分的占比與預(yù)設(shè)預(yù)測(cè)范圍進(jìn)行比較，如果偏差超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，則判斷所述光譜分析設(shè)備的成分分析結(jié)果異常，否則，判斷所述光譜分析設(shè)備的成分分析結(jié)果正常。

在一種較佳的實(shí)施方式中，所述脈沖激光器包括驅(qū)動(dòng)供電模塊和激光器模塊，所述驅(qū)動(dòng)供電模塊包括供電電源單元和脈沖產(chǎn)生單元，所述供電電源單元與所述脈沖產(chǎn)生單元相連接，所述脈沖產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生所需脈沖參數(shù)的電脈沖；所述激光器模塊包括脈沖電平轉(zhuǎn)換單元、脈沖電流開(kāi)關(guān)和脈沖激光器單元，所述脈沖電平轉(zhuǎn)換單元用于將所述脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的電脈沖升高至所需電平以滿足所述脈沖電流開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)要求，所述脈沖產(chǎn)生單元通過(guò)同軸電纜與所述脈沖電平轉(zhuǎn)換單元相連接，所述脈沖電流開(kāi)關(guān)的輸出端與所述脈沖激光器單元相連接；

所述脈沖激光器單元包括半導(dǎo)體激光器、光纖預(yù)放大器、光纖主放大器、脈沖選擇器以及超短脈沖輸出端；所述脈沖電流開(kāi)關(guān)與所述半導(dǎo)體激光器相連接，所述半導(dǎo)體激光器依次通過(guò)所述光纖預(yù)放大器、光纖主放大器以及脈沖選擇器接入超短脈沖輸出端；所述半導(dǎo)體激光器與脈沖選擇器相連接，所述半導(dǎo)體激光器是光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器。

在一種更佳的實(shí)施方式中，所述光纖預(yù)放大器包括光纖波分復(fù)用器、抽運(yùn)半導(dǎo)體激光器、第一增益光纖、光纖濾波器以及第一光纖隔離器；所述半導(dǎo)體激光器以及抽運(yùn)半導(dǎo)體激光器分別通過(guò)所述光纖波分復(fù)用器接入所述第一增益光纖，所述第一增益光纖通過(guò)所述光纖濾波器接入所述第一光纖隔離器；

所述光纖主放大器包括高功率抽運(yùn)光源、光纖合波器、第二增益光纖以及第二光纖隔離器；所述第一光纖隔離器依次通過(guò)所述光纖合波器和第二增益光纖接入第二光纖隔離器；所述高功率抽運(yùn)光源接入所述光纖合波器。

在一種更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述脈沖選擇器包括強(qiáng)度調(diào)制器、可調(diào)延時(shí)器以及強(qiáng)度調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源；所述脈沖電流開(kāi)關(guān)通過(guò)所述可調(diào)延時(shí)器和強(qiáng)度調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源接入所述強(qiáng)度調(diào)制器，所述第二光纖隔離器通過(guò)所述強(qiáng)度調(diào)制器接入所述超短脈沖輸出端；

所述供電電源單元通過(guò)供電導(dǎo)線與所述脈沖激光器單元相連接，所述供電導(dǎo)線與所述同軸電纜組合成復(fù)合電纜，所述同軸電纜的特性阻效為75歐姆。

本發(fā)明還涉及一種光譜分析方法，采用所述的光譜分析系統(tǒng)，所述光譜分析方法包括如下步驟：

所述降噪處理模塊獲取校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)，并進(jìn)行降噪處理；

所述校正建模模塊基于所述校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件進(jìn)行建模，得到金屬成分測(cè)定模型；

所述降噪處理模塊獲取檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)，并進(jìn)行降噪處理；以及

所述檢測(cè)分析模塊采用所述金屬成分測(cè)定模型和所述檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)，分析得到所述檢測(cè)金屬樣本的成分分析數(shù)據(jù)。

在一種較佳的實(shí)施方式中，所述降噪處理模塊獲取校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)之前，還包括如下步驟：

采集已知成分組成的校正金屬樣本，所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述樣品室的透明外罩提升至預(yù)設(shè)高度，通過(guò)所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂將所述校正金屬樣本放置于樣品室，所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述樣品室的透明外罩放置回原位；

所述控制設(shè)備控制所述脈沖激光器向所述樣本室發(fā)射短波脈沖激光；以及

所述控制設(shè)備控制所述光譜探測(cè)設(shè)備采集經(jīng)所述光路系統(tǒng)后的光譜，并將校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至所述光譜分析設(shè)備；

所述降噪處理模塊獲取檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)之前，還包括如下步驟：

所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述樣品室的透明外罩提升至預(yù)設(shè)高度，通過(guò)所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂將所述校正金屬樣本取出；

開(kāi)啟所述吹風(fēng)設(shè)備，吹去所述托盤表面的殘留物；

采集待測(cè)定的檢測(cè)金屬樣本，并通過(guò)所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂將所述檢測(cè)金屬樣本放置于樣品室，所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述樣品室的透明外罩放置回原位；

所述控制設(shè)備控制所述脈沖脈沖激光器向所述樣本室發(fā)射短波脈沖激光；以及

所述控制設(shè)備控制所述光譜探測(cè)設(shè)備采集經(jīng)所述光路系統(tǒng)后的光譜，并將光譜數(shù)據(jù)發(fā)送至所述光譜分析設(shè)備。

在一種更佳的實(shí)施方式中，分析得到所述檢測(cè)金屬樣本的成分分析數(shù)據(jù)之后，還包括如下步驟：

所述控制設(shè)備獲取所述光譜分析設(shè)備的分析數(shù)據(jù)，判斷分析數(shù)據(jù)是否異常；

如果分析結(jié)果異常，則停止金屬成分檢測(cè)，并進(jìn)行報(bào)警；

如果分析結(jié)果正常，所述控制設(shè)備控制所述取樣機(jī)器人的第一機(jī)械手臂將所述透明外罩提升至預(yù)設(shè)高度，所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂將所述樣品室中的檢測(cè)金屬樣品取出，采用所述吹風(fēng)設(shè)備清理所述托盤之后，采用所述取樣機(jī)器人的第二機(jī)械手臂在所述托盤中放置新的檢測(cè)金屬樣本。

在一種較佳的實(shí)施方式中，采用所述降噪處理模塊對(duì)所述校正金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)根據(jù)如下算法進(jìn)行降噪處理：

(Savitzky-Golay平滑，平滑窗口數(shù)為21)+歸一化+(Savitzky-Golay一階微分，窗口數(shù)為17，多項(xiàng)式次數(shù)為3)；

采用所述降噪處理模塊對(duì)所述檢測(cè)金屬樣本的光譜數(shù)據(jù)根據(jù)如下算法進(jìn)行降噪處理：

(Savitzky-Golay平滑，平滑窗口數(shù)為21)+歸一化+(Savitzky-Golay一階微分，窗口數(shù)為17，多項(xiàng)式次數(shù)為3)。

建模方法具體可以為：每個(gè)樣品隨機(jī)挑選15條作為校正集，其余作為驗(yàn)證集。預(yù)處理：截取數(shù)據(jù)50-500，移動(dòng)平滑、窗口數(shù)為25+歸一化。采用PCA降維，選取主成分?jǐn)?shù)為10，采用Fisher分類算法。對(duì)于校正金屬樣品進(jìn)行二級(jí)建模。截取數(shù)據(jù)50-500，移動(dòng)平滑、窗口數(shù)25+歸一化+一階微分、三次多項(xiàng)式、窗口數(shù)11。此處建模方法和分析方法僅為示例，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用其他的現(xiàn)有的建模方法和測(cè)定方法。

化學(xué)計(jì)量學(xué)(Chemometrics)是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的工具，設(shè)計(jì)或選擇最優(yōu)量測(cè)程序和試驗(yàn)方法，并通過(guò)解析化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)最大限度地獲取信息的化學(xué)分支學(xué)科?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)方法不可或缺，其主要作用是建立激光光譜和組分(性質(zhì))之間的數(shù)學(xué)橋梁，建立校正模型對(duì)未知樣品實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)。因此，激光技術(shù)的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法主要涉及三方面內(nèi)容：一是光譜預(yù)處理方法研究，對(duì)樣本光譜進(jìn)行預(yù)處理，減少以至于消除各種非目標(biāo)因素對(duì)光譜造成的影響；二是光譜特征波長(zhǎng)的選擇與提取，有選擇性地提取與分類目標(biāo)有關(guān)的信息并抑制非相關(guān)特征和噪聲的影響；三是激光光譜校正方法研究，以期建立穩(wěn)健、可靠、靈敏度高的校正模型。

采用了該發(fā)明中的用于成分檢測(cè)的光譜分析系統(tǒng)及光譜分析方法，具有如下有益效果：

(1)采用激光對(duì)金屬成分進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量金屬成分，進(jìn)一步采用取樣機(jī)器人，可以保障整個(gè)金屬成分分析過(guò)程中的自動(dòng)化，工作人員全程不必實(shí)時(shí)盯著金屬成分分析過(guò)程，可以快速方便地對(duì)多個(gè)金屬樣本進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)分析；

(2)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和建模建立金屬成分分析的校正模型，有選擇性地提取與分類目標(biāo)有關(guān)的信息并抑制非相關(guān)特征和噪聲的影響，可以有效消除各種非目標(biāo)因素對(duì)光譜造成的影響，實(shí)現(xiàn)光譜分析更好的技術(shù)效果；

(3)采用本發(fā)明的激光器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以顯著改善對(duì)短脈沖激光器的脈沖驅(qū)動(dòng)質(zhì)量，降低對(duì)連接驅(qū)動(dòng)模塊和激光模塊間的電纜的特殊要求，并使其長(zhǎng)度可以顯著增加，最大限度地降低此方面應(yīng)用的難度要求，促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步；超短脈沖激光器包括半導(dǎo)體激光器、單模光纖放大器、雙包層光纖放大器以及脈沖選擇器，由于半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的納秒脈沖激光峰值功率比較低，先通過(guò)單模光纖放大器進(jìn)行預(yù)放大，獲得一定功率的輸出，再通過(guò)雙包層單模光纖放大器進(jìn)行功率放大，在功率放大時(shí)，納秒激光脈沖的峰值功率超過(guò)一定的閾值后，受到光纖非線性效應(yīng)的調(diào)制，會(huì)發(fā)生分裂，形成多個(gè)子脈沖，可以采用納秒量級(jí)的光脈沖選擇器選出分裂脈沖的第一個(gè)子脈沖，從而獲得單個(gè)的超短脈沖激光輸出。

在此說(shuō)明書(shū)中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說(shuō)明書(shū)和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的。