基于太赫兹吸收光谱处理的混合物成分识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学计量领域，主要涉及一种太赫兹吸收光谱处理方法，尤其涉及一 种应用于混合物成分识别的太赫兹光谱处理方法。
【背景技术】
[0002] 太赫兹辐射通常指频率在0. 1~10太赫兹（THz)范围的电磁辐射，可以穿透大多 数非金属非极性物质，但是特定的物质如炸药、金属、部分药物等对太赫兹辐射有显著的吸 收，对这些吸收现象进行考察可以得到物质对应的太赫兹吸收光谱，不同的物质的太赫兹 吸收光谱各不相同，通过对吸收光谱的分析处理可以判定其对应的物质成分。
[0003] 现有的太赫兹吸收光谱处理方法在判定被测样品的成分时经常存在一定的误差， 尤其是被测样品为混合物时，所测得的太赫兹吸收光谱为各种成分吸收光谱的叠加，现有 处理方法只能检测出其中一种成分或部分成分，而不能逐一分辨出其中所有物质成分，甚 至由于受背景环境干扰，吸收光谱信噪比很差，导致对其中任何一种成分都无法识别。在太 赫兹吸收光谱测试过程中，由于太赫兹光源频率不稳定或设备精度不高，所测吸收光谱中 吸收峰位置出现频率漂移，导致相应的物质无法被检测。同时，如果被测物处在空气环境 中，水蒸气的吸收光谱会混杂到被测物的太赫兹吸收光谱中，现有处理方法的上述不足将 更为明显，大大制约了太赫兹技术的应用。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有太赫兹光谱分析和识别方法的不足，提供一种基于太赫兹吸收光 谱处理的混合物成分识别方法，该方法基于模板匹配，对被测样品的太赫兹光谱进行分析， 逐一分辨出被测样品的组成成分。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] 所述一种基于太赫兹吸收光谱处理的混合物成分识别方法，其特征在于：包括以 下步骤：
[0007] 步骤1 :获取被测混合物的太赫兹吸收光谱U(T)，背景环境信号V(T)，并根据背景 环境湿度d，获得湿度为d时的水蒸气吸收光谱Wd (T)，其中T表示太赫兹频率，T的取值范 围是[A，B]，参数T、A、B的单位为THz;
[0008] 步骤2 :用被测样品的太赫兹吸收光谱U(T)扣除背景环境信号V(T)和水蒸气吸 收谱Wd (T)，得到预处理太赫兹吸收光谱仏⑴=U⑴-V⑴-Wd⑴；
[0009] 步骤3:按以下公式对预处理太赫兹吸收光谱UiCT)进行数值平滑，得到用于物质 识别的识别吸收谱u2(T):
[0010]
【主权项】
1. 一种基于太赫兹吸收光谱处理的混合物成分识别方法，其特征在于：包括以下步 骤： 步骤1 :获取被测混合物的太赫兹吸收光谱U(T)，背景环境信号V(T)，并根据背景环境 湿度d，获得湿度为d时的水蒸气吸收光谱Wd (T)，其中T表示太赫兹频率，T的取值范围是 [A，B]，参数T、A、B的单位为THz; 步骤2:用被测样品的太赫兹吸收光谱U(T)扣除背景环境信号V(T)和水蒸气吸收谱Wd (T)，得到预处理太赫兹吸收光谱U1⑴=U⑴-V⑴-Wd⑴； 步骤3 :按以下公式对预处理太赫兹吸收光谱U1 (T)进行数值平滑，得到用于物质识别 的识别吸收谱U2 (T):
;其中a为频率取样间隔，b为数值平滑使用点数； 步骤4 :从光谱数据库中提取单一物质的太赫兹吸收光谱，已提取过的单一物质的太 赫兹吸收光谱不重复提取； 步骤5 :识别步骤4提取的单一物质E是否在待测混合物中： 步骤5. 1 :从物质E的太赫兹吸收光谱Ue(T)中获得吸收光谱主吸收峰顶点UE(t)，t是吸收光谱主吸收峰顶点对应的太赫兹频率；以UE(t)为中心，向左取i个点：UE(t-a)、 Ue (t_2a)、Ue (t_3a)、……Ue (t_ia)，向右取j个点：UE (t+a)、Ue (t+2a)、Ue (t+3a)、…… UE(t+ja);其中i和j的数值满足以下公式： 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为设定的吸收谱线阈值； 步骤5. 2 :建立物质E的判定模板Ze(T):
步骤5. 3 :判断|ZE(t)-U3(t)I<e是否成立，若成立，则进入步骤5. 4,否则进入步骤 5. 5 ;其中Ze(t)为物质E的判定模板Ze⑴在太赫兹频率t的值，U3 (t)是当前识别谱U3 (T) 在太赫兹频率t的值，e为设定的主峰顶点偏差，当前识别谱U3 (T)的初始值为识别吸收谱 U2(T)； 步骤5. 4 :计算判定模板Ze⑴的面积Me和当前识别谱U3(T)对应区域的面积M' E:
混合物中存在物质E，然后进入步骤6,否则返回步骤4 ;其中f为设定的吸收峰面积偏差； 步骤5. 5 :计算MinIZe (t) -U3 (Tp)I<e是否成立，若成立，则进入步骤5. 6,否则返回步骤 4 ;其中Tp为太赫兹频率，Tp=t+a、t+2a、…、t+pa、t-a、t_2a、"^t-Pa,p为设定的漂移 处理数，U3(Tp)是当前识别谱U3⑴在频率1；处的值； 步骤5. 6:计算判定模板Ze⑴的面积Me和当前识别谱U3(T)在漂移频率q附近的
则表明待测混合物中存在物质E，然后进入步骤6,否则返回步骤4;其中漂移频率q为Ze(t)-U3 (Tp)I取到最小值时对应的频率Tp; 步骤6 :在当前吸收谱U3⑴中扣除物质E的吸收光谱Ue(T)，得到新的吸收谱U3 (T) -Ue (T)，并用新的吸收谱U3 (T) -Ue (T)作为当前识别谱U3 (T); 步骤7 :判断当前吸收谱仏⑴中是否有大于吸收峰高度阈值r的点，若有，则返回步骤 4,否则识别过程结束。
【专利摘要】本发明提出一种基于太赫兹吸收光谱处理的混合物成分识别方法，属于光学测量领域。本发明用于利用太赫兹吸收光谱检测混合物的组分，首先获取混合物样品太赫兹吸收光谱的，在扣除环境噪声、背景噪声，消除随温度变化的水蒸气吸收造成的影响后，获得用于识别的太赫兹吸收光谱，然后调用太赫兹光谱数据库，采用模板匹配和吸收峰比对的方法，依次判断、识别并扣除各样品的太赫兹吸收光谱；判定扣除后的吸收光谱数据，直到检测出混合物所有组分。本发明将实验环境下的太赫兹光谱和普通环境下的太赫兹光谱相结合，可以用于普通环境下的太赫兹光谱识别，为太赫兹光谱识别技术的应用提供了保障。
【IPC分类】G01N21-3581
【公开号】CN104713845
【申请号】CN201510133780
【发明人】李宏光, 韩占锁, 杨鸿儒, 刘瑞星, 俞兵, 于东钰, 解琪, 陈娟, 康登魁
【申请人】西安应用光学研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月25日