(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210272881.7 (22)申请日 2022.03.18 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 李勇刚　王泽森　耿静轩　阳春华　 桂卫华　张凤雪　韩洁　蓝丽娟　 朱红求　周灿　 (74)专利代理 机构 长沙市融智专利事务所(普 通合伙) 43114 专利代理师 熊开兰 (51)Int.Cl. G01N 21/64(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于荧光光谱的总氮快速检测方法、 装 置、 设备及 介质 (57)摘要 本发明公开了一种基于荧光光谱的总氮快 速检测方法、 装置、 设备及介质， 方法为： 步骤1， 采用微型荧光光谱仪获取N个水样各自在消解过 程中的混叠荧光光谱， 并进行去噪处理； 步骤2， 采用独立 成分分析法， 对每个水样去噪处理后的 混叠荧光光谱进行解混， 得到水样中各种物质的 荧光光谱以及其浓度系数； 步骤3， 根据所有水样 的各种物质浓度系数和水样已知的总氮浓度， 训 练基于支持向量机回归模型的总氮快速在线检 测模型； 步骤4， 对于总氮待检测的水样， 按步骤 1‑2相同的方法获取内部各种物质的浓度系数， 然后输入至步骤3训练得到的总氮快速在线检测 模型， 输出得到待检测水样的总氮浓度。 本发明 对总氮检测速度更 快且精度更高。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114739960 A 2022.07.12 CN 114739960 A 1.一种基于荧 光光谱的总氮快速检测方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1， 采用微型荧光光谱仪获取N个水样各自在消解过程中的混叠荧光光谱， 并进行 去噪处理； 步骤2， 采用独立成分分析法， 对每个水样去噪处理后的混叠荧光光谱进行解混， 得到 水样中各种物质的荧 光光谱以及其浓度系数； 步骤3， 根据所有水样的各种物质浓度系数和水样已知的总氮浓度， 训练基于支持向量 机回归模型的总氮快速在线检测模型； 步骤4， 对于总 氮待检测的水样， 按步骤1 ‑2相同的方法获取内部各种 物质的浓度系数， 然后输入至步骤3训练得到的总氮快速在线检测模型， 输出 得到待检测水样的总氮浓度。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 去噪处理的方法为： 按照与水样混叠荧光 光谱相同的获取条件， 采用微型荧光光谱仪获取没有水样时的混叠荧光光谱， 记为背景暗 噪声； 然后将各水样的混叠荧光光谱减去背景暗噪声， 所得即为各水样去 噪处理后的混叠 荧光光谱。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 水样混叠荧光光谱的获取条件为： 使用紫 外增强型150W氙灯光源对样品池照射， 采用奥普天成ATP5020P微型荧光光谱仪对样品池中 的水样进行探测， 且氙灯光源和光谱仪与样品池之间所成的夹角为90 °。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 氙灯光源和光谱仪， 均通过抗紫外光纤连 接到样品池。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 步骤2的具体方法为： 步骤2.1， 对每个水样去噪处理后的混叠荧光光谱沿时间展开成一维向量xi'， i用于区 分不同的水样； 步骤2.2， 将所有水样的混叠荧光光谱一维向量xi'拼接成混叠荧光光谱矩阵X'＝ [x1'，…， xi'，…， xN']T， N表示水样的数量； 步骤2.3， 对混叠荧 光光谱矩阵X'进行中心性： X＝X'‑E{X'}； 其中， X为中心化后的混叠荧光光谱矩阵， E{ }表示求数学期望， E{X'}为求矩阵X'每个 样本的叠荧 光光谱一维向量xi'的均值得到的矩阵； 步骤2.4， 对中心化后的混叠荧 光光谱矩阵进行白化处 理： Z＝VX； 其中， Z为白化后的信号； V为线性变化矩阵， 且V＝OD‑1/2OT， O是E{xxT}的特征向量构成 的正交阵， E{x xT}为X的协方差矩阵， D是 特征值组成的对角阵； 步骤2.5， 选取峭度作为目标函数： Jkurt(W)＝kurt(WTZ)＝E{(WTZ)4}‑3E{(WTZ)2}2 式中， W表示 解混矩阵， Jkurt表示峭度， kur t()表示峭度函数； 步骤2.6， 结合定点迭代优化算法求解步骤2.5中的目标函数， 得到解混矩阵W的迭代公 式； 式中， 解混矩阵W的下 标k和k+1表示迭代次数；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114739960 A 2步骤2.7， 根据迭代收敛时的解混矩阵W， 计算得到所有水样的各种 物质浓度系数矩阵A 以及每种物质成分的混叠荧 光光谱； A＝W‑1 S＝A‑1Z 式中， S代表由每种成分的混叠荧 光光谱数据所组成的光谱矩阵。 6.一种基于荧 光光谱的总氮快速检测装置， 其特 征在于， 包括： 数据预处 理模块， 用于： 对获取的水样在消解过程中的混叠荧 光光谱， 进行去噪处 理； 浓度系数获取模块， 用于： 采用独立成分分析法， 对每个水样去噪处理后的混叠荧光光 谱进行解混， 得到水样中各种物质的荧 光光谱以及其浓度系数； 模型训练模块， 用于： 根据 所有水样的各种物质浓度系数和水样已知的总氮浓度， 训练 基于支持向量机回归 模型的总氮快速在线检测模型； 总氮快速在线检测模型， 用于： 根据总氮浓度待测水样的各种物质的浓度系数， 输出得 到待测水样的总氮浓度。 7.一种电子设备， 包括存储器及处理器， 所述存储器中存储有计算机程序， 其特征在 于， 所述计算机程序被所述处理器执行时， 使得所述处理器实现如权利要求1～5中任一项 所述的方法。 8.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序被 处理器执行时实现如权利要求1～5中任一项所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114739960 A 3