一种基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于太赫兹时域光谱技术的茶叶分类鉴别方法，主要包括以下步骤：首先应用太赫兹时域光谱测量装置获取标准茶叶样品在太赫兹波段的吸收光谱；然后选择合适频段的光谱数据作为茶叶的特征，并提取其主要数据特征；采用神经网络法建立茶叶的分类模型；根据上述方法获得待鉴别茶叶的太赫兹吸收光谱并提取特征，调用已建立的模型进行分类，确定待鉴别茶叶的种类。该鉴别方法无需复杂的前处理过程，测试时间短，受主观因素影响小，对被检样品无损害，鉴别准确性高，适用于目前常见的茶叶种类的鉴别。
【专利说明】一种基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太赫兹技术应用领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱技术的茶叶分类鉴别方法。
【背景技术】
[0002]太赫兹(ITHz=IO12Hz)波通常是指频率范围在0.1THz到IOTHz的电磁波辐射，处于微波与红外光之间。太赫兹波技术具有以下特点:(I)太赫兹时域光谱技术采用光脉冲取样探测方法，可以获得太赫兹波的瞬态电场，即同时得到幅度和相位信息。(2)太赫兹辐射对陶瓷、塑料、纺织纤维等很多物质透射率高，可以用于这些材料的质量控制。(3)太赫兹辐射是一种非常安全的电磁辐5射，频率为ITHz的电磁波的光子能量只有4mev，是X射线的百万分之一，对人体危害极小，可以用于无损检测。(4)利用太赫兹时域光谱技术可以获得亚皮秒、飞秒时间分辨率，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰，信噪比可以达到10' (5)太赫兹波波长较长，受物质颗粒散射影响很小。
[0003]茶叶是世界上三大无酒精饮料之一，它是饮料中历史最悠久，饮用地区最广，数量也最大。众所周知，饮茶有许多益处。经过现代科学的分离和鉴定，茶叶中含有机化学成分达四百五十多种，无机矿物元素达四十多种。茶叶中的有机化学成分和无机矿物元素含有许多营养成分和药效成分。茶叶的鉴别一般是通过人品尝来进行，但是这样的鉴别方法受不同的人和环境的影响很大。而化学方法鉴别茶叶耗时长且比较复杂。因此有必要寻找快速，有效的茶叶鉴别方法非常必要。太赫兹时域光谱技术是新兴的光谱系统，对物质的成分非常敏感，到目前为止基于太赫兹时域光谱系统的很多应用相继被报道，但是此技术在茶叶鉴别中的应用还属于空白，未见有报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于太赫兹时域光谱技术的茶叶分类鉴别方法，以解决现有茶叶分类鉴别技术存在的局限。
[0005]一种基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法，其特征在于该方法主要包括以下步骤:
1)测量标准茶叶的太赫兹时域光谱，建立光谱数据库；
2)根据茶叶的太赫兹时域光谱建立茶叶的分类鉴别模型；
3)测量待鉴别茶叶的太赫兹时域光谱，根据已建立的分类鉴别模型和待鉴别茶叶的太赫兹光谱对待鉴别茶叶进行鉴别。
[0006]所述步骤I)为:用太赫兹时域光谱测量装置分别测量透过空气和透过标准茶叶样品的太赫兹脉冲时域波形，透过空气的波形作为参考信号，透过标准茶叶样品的波形作为样品信号，根据参考波形和样品波形提取茶叶在太赫兹波段的吸收系数谱。
[0007]所述步骤2)主要包括以下步骤:
21)分类模型的建立:从不同种类的标准茶叶样品中分别选择60%的样本组成训练集，用于建立分类模型，首先选取茶叶0.2-2.0THz波段的太赫兹光谱作为数据，并应用主成分分析法对数据进行分析，并获取其数据特征，然后应用神经网络法建立茶叶分类鉴别模型；
22)分类模型的验证:以剩余的40%的样本组成验证集，首先获取验证集中的茶叶样本在0.2-2.0THz波段的光谱数据，应用主成分分析法对数据进行分析，获取其数据特征，然后调用已建立的茶叶鉴别模型，获得验证集样本的类别，验证集中样品的光谱处理方法必须与训练集中样品的处理方法完全一致。
[0008]所述步骤3)为:应用太赫兹时域光谱测量装置分别测量透过空气和透过待测茶叶样品的太赫兹脉冲时域波形，透过空气的波形作为参考信号，透过茶叶样品的波形作为样品信号，根据参考信号和样品信号提取待测茶叶样品在太赫兹波段的吸收系数谱，并将0.2-2.0THz波段的吸收光谱进行主成分分析，并获取其数据特征，然后调用建立好的分类模型对其进行鉴别。
[0009]所述的茶叶太赫兹时域光谱的太赫兹波频率在0.2-2.0THz，应用主成分分析法提取数据特征，并采用神经网络法建立分类鉴别模型。
[0010]有益效果:本发明提出的茶叶分类鉴别方法是基于光谱的鉴别方法，无需复杂的前处理过程，测试时间短，此方法属于无损检测的范畴，对被检的茶叶样品没有损害，鉴别准确性高。此外由于太赫兹光谱对物质成分非常敏感，本方法可以用于同类茶叶，不同产地及不同季节的茶叶的鉴别，这可以作为目前已有的茶叶鉴别技术的有益补充。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为四种茶叶样品的太赫兹吸收光谱，其中(a)为普洱茶，(b)龙井，(C)碧螺春，(d)祁红茶。
[0012]图2为建立茶叶分类模型的流程图。
[0013]图3为鉴别待测茶叶种类的流程图。
【具体实施方式】
[0014]本发明提出的基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法，包括以下步骤:
1)测量标准茶叶的太赫兹时域光谱，建立光谱数据库；
2)根据茶叶的太赫兹时域光谱建立茶叶的分类鉴别模型；
3)测量待鉴别茶叶的太赫兹时域光谱，根据已建立的分类鉴别模型和待鉴别茶叶的太赫兹光谱对待鉴别茶叶进行鉴别。
[0015]由于太赫兹波对有机分子的振动和转动模式敏感，物质的太赫兹光谱具有指纹性，而且太赫兹时域光谱技术可以同时获得幅值和相位信息，信息量丰富，且物质的太赫兹光谱是物质的指纹光谱，具有独一无二的特征，因此非常适合用于物质识别中。
[0016]本实施例中选龙井茶、碧螺春、祁红茶和普洱茶作为实验样本进行研究，每一种选择20个样本进行实验，详细说明基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法的实现过程:
(I)样品制作及信号采集
首先，将茶叶在干燥箱中烘干，捣碎后用200目的筛子筛出茶叶粉末，然后称取200 mg压成直径为13 mm，厚度约1.0 mm的圆盘形薄片，应用太赫兹时域光谱系统分别测得透过空气和透过茶叶样品的THz时域波形，透过空气的波形作为参考信号，透过茶叶样品的波形作为样品信号。
[0017]THz-TDS系统可以同时测得透过样品后的太赫兹波的幅度和相位，样品的散射和吸收等效应会改变透射的太赫兹电场。电场的透射系数
【权利要求】
1.一种基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法，其特征在于该方法主要包括以下步骤: 1)测量标准茶叶的太赫兹时域光谱，建立光谱数据库； 2)根据茶叶的太赫兹时域光谱建立茶叶的分类鉴别模型； 3)测量待鉴别茶叶的太赫兹时域光谱，根据已建立的分类鉴别模型和待鉴别茶叶的太赫兹光谱确定茶叶种类。
2.根据权利要求1所述的基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法，其特征在于，所述步骤I)为:用太赫兹时域光谱测量装置分别测量透过空气和透过标准茶叶样品的太赫兹脉冲时域波形，透过空气的波形作为参考信号，透过标准茶叶样品的波形作为样品信号，根据参考波形和样品波形提取茶叶在太赫兹波段的吸收系数谱。
3.根据权利要求1所述的基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法，其特征在于，所述步骤2)主要包括以下步骤: 21)分类模型的建立:从不同种类的标准茶叶样品中分别选择60%的样本组成训练集，用于建立分类模型，首先选取茶叶0.2-2.0THz波段的太赫兹光谱作为数据，并应用主成分分析法对数据进行分析，并获取其数据特征，然后应用神经网络法建立茶叶分类鉴别模型； 22)分类模型的验证:以剩余的40%的样本组成验证集，首先获取验证集中的茶叶样本在0.2-2.0THz波段的光谱数据，应用主成分分析法对数据进行分析，获取其数据特征，然后调用已建立的茶叶鉴别模型，获得验证集样本的类别，验证集中样品的光谱处理方法必须与训练集中样品的处理方法完全一致。
4.根据权利要求1所述的基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法，其特征在于，所述步骤3)为:应用太赫兹时域光谱测量装置分别测量透过空气和透过待测茶叶样品的太赫兹脉冲时域波形，透过空气的波形作为参考信号，透过茶叶样品的波形作为样品信号，根据参考信号和样品信号提取待测茶叶样品在太赫兹波段的吸收系数谱，对茶叶在0.2-2.0THz波段的吸收光谱进行主成分分析，并获取数据特征，然后调用建立好的分类模型对其进行鉴别。
5.根据权利要求1所述的基于太赫兹时域光谱的茶叶分类鉴别方法，其特征在于所述的太赫兹时域光谱的太赫兹波频率在0.2-2.0THz，应用主成分分析法提取数据特征，并采用神经网络法建立分类鉴别模型。
【文档编号】G01N21/31GK103822884SQ201310702871
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】曹丙花, 任万磊, 范孟豹 申请人:中国矿业大学