基于太赫茲吸收光譜處理的混合物成分識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)計(jì)量領(lǐng)域，主要涉及一種太赫茲吸收光譜處理方法，尤其涉及一 種應(yīng)用于混合物成分識(shí)別的太赫茲光譜處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲輻射通常指頻率在0. 1~10太赫茲（THz)范圍的電磁輻射，可以穿透大多 數(shù)非金屬非極性物質(zhì)，但是特定的物質(zhì)如炸藥、金屬、部分藥物等對(duì)太赫茲輻射有顯著的吸 收，對(duì)這些吸收現(xiàn)象進(jìn)行考察可以得到物質(zhì)對(duì)應(yīng)的太赫茲吸收光譜，不同的物質(zhì)的太赫茲 吸收光譜各不相同，通過對(duì)吸收光譜的分析處理可以判定其對(duì)應(yīng)的物質(zhì)成分。
[0003] 現(xiàn)有的太赫茲吸收光譜處理方法在判定被測(cè)樣品的成分時(shí)經(jīng)常存在一定的誤差， 尤其是被測(cè)樣品為混合物時(shí)，所測(cè)得的太赫茲吸收光譜為各種成分吸收光譜的疊加，現(xiàn)有 處理方法只能檢測(cè)出其中一種成分或部分成分，而不能逐一分辨出其中所有物質(zhì)成分，甚 至由于受背景環(huán)境干擾，吸收光譜信噪比很差，導(dǎo)致對(duì)其中任何一種成分都無法識(shí)別。在太 赫茲吸收光譜測(cè)試過程中，由于太赫茲光源頻率不穩(wěn)定或設(shè)備精度不高，所測(cè)吸收光譜中 吸收峰位置出現(xiàn)頻率漂移，導(dǎo)致相應(yīng)的物質(zhì)無法被檢測(cè)。同時(shí)，如果被測(cè)物處在空氣環(huán)境 中，水蒸氣的吸收光譜會(huì)混雜到被測(cè)物的太赫茲吸收光譜中，現(xiàn)有處理方法的上述不足將 更為明顯，大大制約了太赫茲技術(shù)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有太赫茲光譜分析和識(shí)別方法的不足，提供一種基于太赫茲吸收光 譜處理的混合物成分識(shí)別方法，該方法基于模板匹配，對(duì)被測(cè)樣品的太赫茲光譜進(jìn)行分析， 逐一分辨出被測(cè)樣品的組成成分。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 所述一種基于太赫茲吸收光譜處理的混合物成分識(shí)別方法，其特征在于：包括以 下步驟：
[0007] 步驟1 :獲取被測(cè)混合物的太赫茲吸收光譜U(T)，背景環(huán)境信號(hào)V(T)，并根據(jù)背景 環(huán)境濕度d，獲得濕度為d時(shí)的水蒸氣吸收光譜Wd (T)，其中T表示太赫茲頻率，T的取值范 圍是[A，B]，參數(shù)T、A、B的單位為THz;
[0008] 步驟2 :用被測(cè)樣品的太赫茲吸收光譜U(T)扣除背景環(huán)境信號(hào)V(T)和水蒸氣吸 收譜Wd (T)，得到預(yù)處理太赫茲吸收光譜仏⑴=U⑴-V⑴-Wd⑴；
[0009] 步驟3:按以下公式對(duì)預(yù)處理太赫茲吸收光譜UiCT)進(jìn)行數(shù)值平滑，得到用于物質(zhì) 識(shí)別的識(shí)別吸收譜u2(T):
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于太赫茲吸收光譜處理的混合物成分識(shí)別方法，其特征在于：包括以下步 驟： 步驟1 :獲取被測(cè)混合物的太赫茲吸收光譜U(T)，背景環(huán)境信號(hào)V(T)，并根據(jù)背景環(huán)境 濕度d，獲得濕度為d時(shí)的水蒸氣吸收光譜Wd (T)，其中T表示太赫茲頻率，T的取值范圍是 [A，B]，參數(shù)T、A、B的單位為THz; 步驟2:用被測(cè)樣品的太赫茲吸收光譜U(T)扣除背景環(huán)境信號(hào)V(T)和水蒸氣吸收譜Wd (T)，得到預(yù)處理太赫茲吸收光譜U1⑴=U⑴-V⑴-Wd⑴； 步驟3 :按以下公式對(duì)預(yù)處理太赫茲吸收光譜U1 (T)進(jìn)行數(shù)值平滑，得到用于物質(zhì)識(shí)別 的識(shí)別吸收譜U2 (T):
;其中a為頻率取樣間隔，b為數(shù)值平滑使用點(diǎn)數(shù)； 步驟4 :從光譜數(shù)據(jù)庫中提取單一物質(zhì)的太赫茲吸收光譜，已提取過的單一物質(zhì)的太 赫茲吸收光譜不重復(fù)提取； 步驟5 :識(shí)別步驟4提取的單一物質(zhì)E是否在待測(cè)混合物中： 步驟5. 1 :從物質(zhì)E的太赫茲吸收光譜Ue(T)中獲得吸收光譜主吸收峰頂點(diǎn)UE(t)，t是吸收光譜主吸收峰頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的太赫茲頻率；以UE(t)為中心，向左取i個(gè)點(diǎn)：UE(t-a)、 Ue (t_2a)、Ue (t_3a)、……Ue (t_ia)，向右取j個(gè)點(diǎn)：UE (t+a)、Ue (t+2a)、Ue (t+3a)、…… UE(t+ja);其中i和j的數(shù)值滿足以下公式： UE(t_ia) ^mXUE(t)且Ue (t-(i+1)a) <mXUE(t) UE(t+ja) ^mXUE(t)且UE(t+(j+l)a)〈mXUE(t) 其中m為設(shè)定的吸收譜線閾值； 步驟5. 2 :建立物質(zhì)E的判定模板Ze(T):
步驟5. 3 :判斷|ZE(t)-U3(t)I<e是否成立，若成立，則進(jìn)入步驟5. 4,否則進(jìn)入步驟 5. 5 ;其中Ze(t)為物質(zhì)E的判定模板Ze⑴在太赫茲頻率t的值，U3 (t)是當(dāng)前識(shí)別譜U3 (T) 在太赫茲頻率t的值，e為設(shè)定的主峰頂點(diǎn)偏差，當(dāng)前識(shí)別譜U3 (T)的初始值為識(shí)別吸收譜 U2(T)； 步驟5. 4 :計(jì)算判定模板Ze⑴的面積Me和當(dāng)前識(shí)別譜U3(T)對(duì)應(yīng)區(qū)域的面積M' E:
混合物中存在物質(zhì)E，然后進(jìn)入步驟6,否則返回步驟4 ;其中f為設(shè)定的吸收峰面積偏差； 步驟5. 5 :計(jì)算MinIZe (t) -U3 (Tp)I<e是否成立，若成立，則進(jìn)入步驟5. 6,否則返回步驟 4 ;其中Tp為太赫茲頻率，Tp=t+a、t+2a、…、t+pa、t-a、t_2a、"^t-Pa,p為設(shè)定的漂移 處理數(shù)，U3(Tp)是當(dāng)前識(shí)別譜U3⑴在頻率1；處的值； 步驟5. 6:計(jì)算判定模板Ze⑴的面積Me和當(dāng)前識(shí)別譜U3(T)在漂移頻率q附近的
則表明待測(cè)混合物中存在物質(zhì)E，然后進(jìn)入步驟6,否則返回步驟4;其中漂移頻率q為Ze(t)-U3 (Tp)I取到最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率Tp; 步驟6 :在當(dāng)前吸收譜U3⑴中扣除物質(zhì)E的吸收光譜Ue(T)，得到新的吸收譜U3 (T) -Ue (T)，并用新的吸收譜U3 (T) -Ue (T)作為當(dāng)前識(shí)別譜U3 (T); 步驟7 :判斷當(dāng)前吸收譜仏⑴中是否有大于吸收峰高度閾值r的點(diǎn)，若有，則返回步驟 4,否則識(shí)別過程結(jié)束。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于太赫茲吸收光譜處理的混合物成分識(shí)別方法，屬于光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域。本發(fā)明用于利用太赫茲吸收光譜檢測(cè)混合物的組分，首先獲取混合物樣品太赫茲吸收光譜的，在扣除環(huán)境噪聲、背景噪聲，消除隨溫度變化的水蒸氣吸收造成的影響后，獲得用于識(shí)別的太赫茲吸收光譜，然后調(diào)用太赫茲光譜數(shù)據(jù)庫，采用模板匹配和吸收峰比對(duì)的方法，依次判斷、識(shí)別并扣除各樣品的太赫茲吸收光譜；判定扣除后的吸收光譜數(shù)據(jù)，直到檢測(cè)出混合物所有組分。本發(fā)明將實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的太赫茲光譜和普通環(huán)境下的太赫茲光譜相結(jié)合，可以用于普通環(huán)境下的太赫茲光譜識(shí)別，為太赫茲光譜識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用提供了保障。
【IPC分類】G01N21-3581
【公開號(hào)】CN104713845
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510133780
【發(fā)明人】李宏光, 韓占鎖, 楊鴻儒, 劉瑞星, 俞兵, 于東鈺, 解琪, 陳娟, 康登魁
【申請(qǐng)人】西安應(yīng)用光學(xué)研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日