本发明涉及光谱分析领域，特别涉及一种实时二维校正光谱漂移的方法及装置。
背景技术：
光谱仪的理想工作环境为恒温环境，但因各种限制，环境温度常常会发生波动，而温度的波动会导致仪器采集的光谱位置发生漂移，影响分析结果的准确度；也会导致分析结果持续增高或下降，降低仪器的稳定性指标。目前，通常采用光室精确控温和光源校准的方式来纠正光谱漂移，但具体存在以下缺陷：
1.光室控温：在光室表面粘贴加热丝、温度检测器和保温棉，保持光室温度的相对稳定；但在外界温度变化时，光室的温度分布仍会发生改变，光谱位置仍有微量漂移；
2.光源校准：射入校准光源(汞灯)，采集校正光谱的位置，计算出光谱偏移系数，从而计算出其他光谱的实际位置；但光谱位置漂移时，总是伴随着微量的缩放或畸变，导致计算出来的光谱实际位置总会存在一定偏差。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种精确度高、排除主光路干扰、单次校正时间短且实现二维光谱漂移实时校正的校正光谱漂移的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种校正光谱漂移的方法，所述校正光谱漂移的方法包括以下步骤：
(A1)校正光源通过校正入缝射入校正光路，得到校正光源信号；
(A2)采集校正光源特征谱线的光谱数据，根据波长与位置的关系式(xi,yi)＝f(λi)获得特征谱线对应的i个初始坐标，其中i≥1；分别以所述i个初始坐标为中心，从X方向和Y方向寻峰得到实际坐标，进而获得i个偏移量(Δxi,Δyi)，通过拟合获得漂移校正系数(δx,δy)＝f(Δxi,Δyi,ωi)，所述X方向和Y方向相互垂直；
(A3)待测光源射入主光路，采集待测光源光谱数据，利用所述漂移校正系数对待测光谱的位置进行校正。
根据上述的校正光谱漂移的方法，优选地，所述校正光谱漂移的方法进一步包括：
(B1)以校正位置为中心扩大待测光谱采集范围，消除光谱漂移，获得校正后待测谱线的光谱信号。
根据上述的校正光谱漂移的方法，优选地，每次待测光谱测量前进行光谱漂移校正。
根据上述的校正光谱漂移的方法，优选地，所述校正光谱漂移的方法进一步包括：
(C1)仪器空闲时，采集校正光源光谱，分别以特征谱线对应的i个初始坐标为中心，获取每个点对应阵列范围内的光强数据，将每个阵列内的光强信号最大值的所在位置作为每个点优化后的初始坐标。
根据上述的校正光谱漂移的方法，优选地，(A2)步骤中，以所述优化后的初始坐标为中心在X方向和Y方向寻峰。
根据上述的校正光谱漂移的方法，优选地，所述校正光谱漂移的方法进一步包括：
(D1)根据标准光谱得出分辨率与位置的关系式(ri)＝p(xi,yi)，获得特征谱线对应的i个分辨率，其中i≥1；采集校正光源的光谱数据，获得校正时分辨率与位置的关系式(ri)＝g(xi,yi)；
(D2)将所述p(xi,yi)与g(xi,yi)进行卷积得到h(xi,yi)；
(D3)根据待测光源的光谱数据得出分辨率与位置的关系式g′(xi,yi)，通过反卷积得出校正后待测光谱的分辨率关系式p′(xi,yi)，进而还原出高分辨率光谱。
根据上述的校正光谱漂移的方法，可选地，所述主光路和校正光路重叠。
根据上述的校正光谱漂移的方法，优选地，待测光源射入主光路前关闭所述校正光源。
根据上述校正光谱漂移的方法，优选地，校正光源射入校正光路前关闭待测光源。
根据上述的校正光谱漂移的方法，可选地，所述校正光源为氖灯或汞灯或氙灯或氩灯。
根据上述的校正光谱漂移的方法，优选地，所述校正光谱漂移的方法在中阶级光栅二维分光系统中的应用。
本发明还提供一种校正光谱漂移的装置，所述校正光谱漂移的装置包括：
主光路、校正光源和校正光路，所述主光路和校正光路重叠或分开设置。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、本发明在级次方向和波长方向进行二维寻峰、位置校正，在全谱型直读光谱仪上实现二维光谱图的光谱漂移校正。
2、本发明对校正光源特征谱线对应的多个特征波长点的偏移量进行计算，并将所有点的偏移量进行拟合得到校正漂移系数，使得光谱漂移精确度更高。
3、本发明通过设置校正光源和校正入缝，使得校正光路与主光路分开设计，在光谱校正期间关闭主光路，消除了主光路中样品带来的光谱干扰，大大缩短单次光谱漂移校正的时间，在每次待测光谱测量前进行光谱漂移校正。
4、本发明在仪器空闲时，根据设定频率对校正光谱进行实时跟随校正，在环境温度变化较大，也即光谱漂移量较大的情况下也能准确、快速地进行光谱漂移校正。
5、本发明以校正位置为中心扩大待测光谱采集范围，通过多倍插值拟合得出精准的光谱位置，消除了光谱非规则漂移导致的误差。
具体实施方式
以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1
本实施例提供一种校正光谱漂移的方法，所述校正光谱漂移的方法包括以下步骤：
(A1)校正光源通过校正入缝射入校正光路，得到校正光源信号；
(A2)采集校正光源特征谱线的光谱数据，根据波长与位置的关系式(xi,yi)＝f(λi)获得特征谱线对应的i个初始坐标，其中i≥1；分别以所述i个初始坐标为中心，从X方向和Y方向寻峰得到实际坐标，进而获得i个偏移量(Δxi,Δyi)，通过拟合获得漂移校正系数(δx,δy)＝f(Δxi,Δyi,ωi)，所述X方向和Y方向相互垂直；
(A3)待测光源射入主光路，采集待测光源二维光谱数据，利用所述漂移校正系数计算得到待测光谱的校正位置(x+δx，y+δy)，待测光谱的位置校正包括平移校正和缩放校正。
为了消除光谱漂移，提高光谱漂移校正的准确性，故：
进一步地，所述校正光谱漂移的方法还包括：
(B1)以所述校正位置(x+δx，y+δy)为中心扩大待测光谱采集范围，对采集范围内的光谱数据进行多倍插值拟合以消除光谱漂移，获得校正后待测谱线的光谱信号。
随着环境温度的变化等因素，光谱漂移量也一直在改变，为提高检测结果的准确性，故：
进一步地，每次待测光谱测量前进行光谱漂移校正。
每次的光谱校正过程都需要采集校正光谱i个初始坐标各自阵列范围内的数据进行二维寻峰，但若仪器较长时间未检测样品，也即仪器长时间未校正，则光谱漂移量可能已发生较大的偏移，此时若在原有的阵列范围内寻峰可能发生不能寻峰得到实际坐标位置或实际坐标位置寻错的情况，为了提高校正效率与准确性，对校正光源特征谱线的初始坐标进行实时跟随校正，故：
进一步地，所述校正光谱漂移的方法包括：
(C1)仪器空闲时，采集校正光源光谱，分别以特征谱线对应的i个初始坐标为中心，获取每个点对应阵列范围内的光强数据，将每个阵列内的光强信号最大值的所在位置作为每个点优化后的初始坐标。
进一步地，(A2)步骤中，以所述优化后的初始坐标为中心在X方向和Y方向寻峰，所述X方向和Y方向分别为波长方向和级次方向。
为了避免校正光源与待测光源的相互干扰，故：
进一步地，待测光源射入主光路前关闭所述校正光源；
进一步地，校正光源射入校正光路前关闭待测光源。
进一步地，所述待测光源、校正光源的打开与关闭通过设置开关或软件进行控制。
在实际检测过程中，一个待测物质检测完毕，仪器光路中不可避免会存在残留，为了排除前次样品的干扰，故：
进一步地，所述校正光源信号与待测光源信号分区显示，校正光源信号落在待测光源信号较弱区域以得到清晰的校正光源信号。
上述校正光谱漂移的方法在中阶级光栅二维分光系统中的应用。
本实施例还提供一种校正光谱漂移的装置，所述校正光谱漂移的装置包括：
主光路、校正光源和校正光路，所述主光路和校正光路分开设置，所述校正光路上设有校正入缝。
本实施例的益处在于：1.从级次方向和波长方向进行二维寻峰，实现二维光谱图的光谱漂移校正；2.校正光路与主光路分开设计，消除主光路中样品带来的光谱干扰；3.对校正光谱进行实时跟随校正；4.以校正位置为中心扩大待测光谱采集范围，通过多倍插值拟合得出更精准的光谱位置，消除了光谱非规则漂移导致的误差。
实施例2
本实施例提供一种校正光谱漂移的方法及装置，与实施例1不同的是：主光路和校正光路重叠，校正光源射入主光路进行光谱漂移校正。
实施例3
本实施例提供一种校正光谱漂移的方法，与实施例1不同的是：所述主光路包括长波主光路与短波主光路，选择性地遮挡长波主光路或短波主光路分别获得长波光谱数据和短波光谱数据，使得所述校正光谱漂移的方法同样适用于检测范围较小的检测器。
本实施例提供一种校正光谱漂移的装置，与实施例1不同的是：所述主光路上设有：
长波入缝、短波入缝，所述短波入缝位于所述长波入缝和校正入缝之间，使得校正光源信号落在短波信号的末端区域；
可移动的挡片，所述可移动的挡片选择性地遮挡长波入缝或短波入缝。
实施例4
本实施例提供一种校正光谱漂移的方法，与实施例1不同的是：所述校正光谱漂移的方法进一步包括：
(D1)根据标准光谱得出分辨率与位置的关系式(ri)＝p(xi,yi)，获得特征谱线对应的i个分辨率，其中i≥1；采集校正光源的光谱数据，获得校正时分辨率与位置的关系式(ri)＝g(xi,yi)；
(D2)将所述p(xi,yi)与g(xi,yi)进行卷积得到h(xi,yi)；
(D3)根据待测光源光谱数据得出分辨率与位置的关系式g′(xi,yi)，通过反卷积得出校正后待测光谱的分辨率关系式p′(xi,yi)，从而还原出高分辨率光谱。
实施例5
本发明实施例1的校正光谱漂移的方法及装置在中阶梯光栅光谱分析领域的应用例。
在该应用例中，校正光路与主光路分开设置，校正光路上设有校正光源、校正入缝，主光路上设有待测光源、主光路入缝，校正光源与待测光源的开启与关闭由软件控制，校正光源校正时关闭待测光源，待测光源测量时关闭校正光源，所述校正光源为氖灯或汞灯或氙灯或氩灯中的一种。校正光谱漂移的具体步骤如下：
S1.打开校正光源，校正光源经校正入缝射入校正光路，得到清晰的校正光路信号；
在仪器空闲时，按设定频率采集校正光源光谱，以特征谱线的初始坐标(x1,y1)、(x2,y2)……(xi,yi)为中心，获取每个点对应阵列(如5行×5列)范围内的光强数据，将每个阵列内的光强信号最大值的所在位置作为每个点优化后的初始坐标，记为(x′1,y′1)、(x′2,y′2)……(x′i,y′i)，其中i≥1；
S2.采集校正光源特征谱线的光谱数据，以优化后的初始坐标(x′1,y′1)、(x′2,y′2)……(x′i,y′i)为中心，从级次反向和波长方向分别寻找校正光源特征谱线的实际坐标(x″1,y″1)、(x″2,y″2)……(x″i,y″i)，得到级次方向和波长方向的i个偏移量(Δx1,Δy1)、(Δx2,Δy2)……(Δxi,Δyi)，通过拟合获得漂移校正系数(δx,δy)＝f(Δxi,Δyi,ωi)；
当i＝1时，漂移校正系数(δx,δy)＝(Δx1,Δy1)＝(x″1-x′1,y″1-y′1)
当i≥2时，通过拟合i个偏移量获得漂移校正系数，可以通过i个偏移量求平均获得漂移校正系数，也可以通过i个偏移量多次拟合获得；
在该应用例中，权重ωi考虑波长，即漂移校正系数(δx,δy)＝f(Δxi,Δyi,λi)；具体地，通过多点拟合获得漂移校正系数δx＝a*λn+bλn-1+…+c，漂移校正系数δy＝m*λn+pλn-1+…+q；当n＝1时，漂移校正系数δx＝a*λ+c，δy＝m*λ+q。
每次待测光谱测量前进行光谱漂移校正；
偏移量(Δxi,Δyi)通过高斯拟合获得，具体如下：
(1)以优化后的初始坐标(x′i,y′i)为中心，获取第一阵列(如25行×31列)范围内的光强数据；
(2)比较最大光强、最小光强之差与第一阈值(如设定为10000)的大小，若(最大光强-最小光强)≥第一阈值，则进入下一步骤；若(最大光强-最小光强)＜第一阈值，则结束此次校正，采用前次漂移校正系数；
(3)取包含最大光强在内的M(如M＝5)个像素列的光强数据，求得垂直方向上每个像素行上的平均光强值；比较垂直方向上的最大平均光强、最小平均光强之差与第二阈值(如设定为50)的大小，若(最大平均光强-最小平均光强)≥第二阈值，则在最大平均光强两侧分别找出第一个小于(最大平均光强-最小平均光强)/2的点作为起点和终点，取出起点和终点之间的数据，通过高斯拟合找出垂直方向的实际坐标y″i，计算获得Δyi＝y″i-y′i；
若(最大平均光强-最小平均光强)＜第二阈值，或未找到起点或终点，或高斯拟合不成功，则结束此次校正，采用前次漂移校正系数；
根据(2)、(3)步骤获得波长方向的漂移校正系数Δxi＝x″ix-x′i；
S3.关闭校正光路，开启待测光源，待测光源射入主光路，采集待测光源二维光谱数据，利用所述漂移校正系数计算得到待测光谱的校正位置(x,y)＝(x+δx，y+δy)；
S4.以所述校正位置(x+δx，y+δy)为中心，根据阵列尺寸(w,h)(如7行×21列)得到子阵列至将所述子阵列范围取整，采集取整后子阵列范围内的光谱数据，n为阵列尺寸扩大的范围(如n为2)；
S5.将采集的光谱数据分别从级次方向和波长方向进行多倍(如100倍)差值拟合，得到消除光谱偏移误差后的待测谱线的光谱信号。