一种基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，属于太赫兹光谱应用技 术领域。
【背景技术】
[0002] 太赫兹（ITHz = IO12Hz)波作为电磁波谱中的一个波段，长久以来由于缺乏有效的 产生源和探测装置，一直没有得到深度的开发利用，以至于在很长一段时间内都被称为"太 赫兹间隙"。随着超快激光技术的发展，各种针对太赫兹波的产生源和探测装置不断出现， 太赫兹时域光谱技术也随之快速发展起来，并在制药、毒品检测、爆炸物检测和安检等方面 表现出独特的优越性。
[0003] 基于太赫兹吸收谱的定量分析是太赫兹技术最为重要的应用之一。目前，在该 领域应用最多的定量分析算法主要有最小二乘（Least-Square，LS)以及偏最小二乘法 (partial least-squares，PLS)等。如申请号为 201210501095. 6 的专利文件公开了一种 太赫兹光谱对成品油及混油的成分和混合比例的分析方法，该方法通过对吸收系数进行最 小二乘拟合，求解对应混油中两种成品油各自体积的百分比。这些算法都是线性回归算法。 但是，由于散射效应以及其他一些限制因素的影响，太赫兹吸收谱的变化与混合物样品中 各组分的浓度之间并不完全是线性关系，而采用线性回归算法会导致最终定量分析的结果 不准确。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，以解决目前在 利用太赫兹吸收谱进行定量分析时由于采用线性回归算法所导致定量分析结果不准确的 问题。
[0005] 本发明为解决上述技术问题而提供一种基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法， 该分析方法包括以下步骤：
[0006] 1)根据混合物样品的太赫兹吸收谱构建适应度函数；
[0007] 2)随机生成一个大小为N的初始种群，以所构建的适应度函数计算初始种群中各 个个体的适应度；
[0008] 3)对上述种群进行遗传操作得到若干代子代种群，以适应度函数对其作出评价；
[0009] 4)以设定的收敛条件作为遗传操作的终止条件，挑选出具有最大适应度值的个体 作为混合物各组分浓度的最优解。
[0010] 所述步骤1)中的混合物样品是通过聚乙烯稀释后被压成压片，并以纯聚乙烯组 成压片的太赫兹吸收谱为混合物样品的散射效应。
[0011] 所述步骤1)中构建的适应度函数为：
【主权项】
1. 一种基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，其特征在于，该分析方法包括以下步 骤： 1) 根据混合物样品的太赫兹吸收谱构建适应度函数； 2) 随机生成一个大小为N的初始种群，以所构建的适应度函数计算初始种群中各个个 体的适应度； 3) 对上述种群进行遗传操作得到若干代子代种群，以适应度函数对其作出评价； 4) 以设定的收敛条件作为遗传操作的终止条件，挑选出具有最大适应度值的个体作为 混合物各组分浓度的最优解。
2. 根据权利要求1所述的基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，其特征在于，所述 步骤1)中的混合物样品是通过聚乙烯稀释后被压成压片，并以纯聚乙烯组成压片的太赫 兹吸收谱为混合物样品的散射效应。
3. 根据权利要求2所述的基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，其特征在于，所述 步骤1)中构建的适应度函数为：
其中L为吸收谱中包含的数据点的长度，M是混合物样品中不同种类组分的个数，amix 为混合物样品在第i个数据点的吸收系数，Ct为混合物样品中第J类组分的浓度， α」（ω J为混合物样品中第j类组分在第i个数据点的吸收系数，k是一个与散射相关的无 量纲的系数，是聚乙烯的平均吸收系数。
4. 根据权利要求3所述的基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，其特征在于，所述 每一个个体遗传到下一代的个数num为： I-L
其中num是每一个个体遗传到下一代种群中的个数，Size是种群的大小，F是个体的适 应度值。
5. 根据权利要求4所述的基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，其特征在于，所述 num向下取整，将其和计为nl，计算nl与Size的差值，计为n2 ;将num的小数部分剥离出 来并按照从大到小排列，取前n2个，将其对应个体的num分别加1，从而产生一个大小不变 的新种群。
6. 根据权利要求5所述的基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，其特征在于，所述 步骤4)中的收敛条件为当连续η代的适应度最大值F_Max的标准差小于设定阈值TH。
7. 根据权利要求6所述的基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，其特征在于，所述η 为 20, TH 为 1ΧΚΓ4。
8. 根据权利要求1所述的基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，其特征在于，所述 的遗传操作包括选择、交叉和变异。
【专利摘要】本发明涉及一种基于太赫兹光谱的混合物定量分析方法，属于太赫兹光谱应用技术领域。本发明根据混合物的太赫兹吸收谱包含散射效应构建适应度函数；随机生成一个大小为N的初始种群，以所构建的适应度函数计算初始种群中各个个体的适应度；对上述种群进行遗传操作得到子代种群，以适应度函数对其作出评价；以设定的收敛条件作为遗传操作的终止条件，挑选出具有最大适应度值的个体作为混合物各组分浓度的最优解。本发明在构造适应度函数时，充分考虑散射效应造成的影响，从而显著提高了定量分析的精度，取得了良好的应用效果。同时通过定量分析实验进行了验证，本发明能够实现对混合物浓度的精确定量分析。
【IPC分类】G06F19-00, G01N21-3581
【公开号】CN104730025
【申请号】CN201510151209
【发明人】李智
【申请人】河南工业大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月1日