太赫兹光谱技术在直升机中的应用

纤维增强复合材料(fiber reinforced materials,FRM)由于其轻且强的特点,被广泛地应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天所作出的卓越贡献尤其受瞩目。复合材料结构在疲劳载荷的循环作用下容易产生微小裂纹,裂纹扩展缓慢,因此具有更高的疲劳寿命。但是复合材料在生产制造过程中,容易产生缺陷和损伤,影响其性能和寿命。此外,当复合材料应用于直升机旋翼时,高速旋转的桨叶桨尖速度可达到290m/s,直升机服役期间桨叶容易产生内部损伤,难以通过目视、敲击等常规检查手段判断内部损伤。直升机复合材料桨叶常见的缺陷包括裂纹、分层、开胶、穿孔等,引起结构强度、刚度下降,大大影响直升机结构的安全性。

太赫兹光谱技术在毒品检测中的应用研究

综述了近年来将太赫兹光谱技术应用于毒品检测与识别方面的研究成果:利用自主研发的可移动式小型太赫兹时域光谱仪作为实验平台,建立了含有38种纯度在90%以上的毒品太赫兹光谱数据库;用密度泛函理论进行了光谱解析;讨论了干涉以及包装物对光谱的影响;结合人工神经网络、支持向量机等方法对毒品光谱进行定性识别;同时,研究确定毒品纯度和有效成份含量的理论和实验方法。

太赫兹光谱技术用于肺癌检测的初步探索研究

目的利用太赫兹光谱技术,对人肺癌组织进行检测,比较肺癌组织、癌旁组织及正常肺组织之间的差异,筛选出具有特异性诊断价值的太赫兹频段,初步探索太赫兹光谱技术用于肺癌的早期检测。方法收集2015年6月至2015年12月经我院胸外科手术切除、病理明确诊断为Ⅰ~ⅢA期非小细胞肺癌患者30例,其肺癌组织病理类型为:腺癌17例、鳞癌10例、大细胞肺癌2例、肉瘤样癌1例。每组包括同一患者肺癌组织、癌旁组织及正常肺组织。运用频段为0.2~2.0 THz的太赫兹光谱进行检测,对比3类组织标本对太赫兹光谱的吸收率。结果 (1)肺癌组织对太赫兹光谱吸收率显著高于正常肺组织;(2)太赫兹光谱频段1.4~2.0 THz可能为具有肺癌特异性诊断价值的太赫兹频段。结论鉴于肺癌组织对太赫兹光谱吸收率高于正常肺组织,太赫兹光谱技术可能成为一种新型非侵入诊断肺癌的检测技术,其具有特异性诊断价值的太赫兹频段可能为1.4~2.0 THz。

太赫兹光谱技术快速识别与检测大米中沙蚕毒素类农药残留

建立透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术结合主成分分析(PCA)对大米中3种沙蚕毒素类农药(杀螟丹、杀虫磺和杀虫单)残留进行快速识别和检测。基于聚乙烯为基质获取杀螟丹、杀虫磺和杀虫单的THz特征吸收峰,进行物质识别和定量分析。以大米为基质,分别添加杀螟丹、杀虫磺和杀虫单,借助PCA分析进行检测和识别。结果表明,杀螟丹、杀虫磺和杀虫单的THz吸收谱图中存在特征吸收峰(1.95,1.19,1.70 THz),为物质识别提供了依据。在0.002%~16.667%范围,1.95,1.19,1.70 THz处特征峰吸收值与质量分数具有良好的线性关系,相关系数均高于0.9599。以大米粉为基质,PCA分析实现了对0.002%~16.667%添加范围THz吸收谱的完全区分以及0.002%低质量分数添加下3种沙蚕毒素类农药的识别。透射式THz-TDS技术可实现农产品中沙蚕毒素类农药残留的快速识别与检测,试验结果为该技术在农产品中农药残留的检测提供了试验依据。

太赫兹光谱技术在生物活性肽检测中应用研究

生物活性肽作为21世纪人类健康的新宠儿,研究证明其对人体生命活动有着很好的作用,其检测方法也是备受关注,太赫兹时域光谱技术因为其独特的性质在检测生物活性肽中有着不可比拟的优势。选用牛骨肽、海参肽和牛肽这三种生物活性肽,通过透射式太赫兹时域光谱系统得到其在0.5~2 THz的吸收系数曲线。从太赫兹吸收系数曲线来看,鱼肽吸收系数大于海参肽和牛骨肽。因为生物活性肽的氨基酸种类和肽键的相互作用,导致其在太赫兹频段内没有明显的吸收峰,为了更好的对其进行检测区分,建立分类判别模型,寻找出最适合这类物质的方法。在对太赫兹原始吸收系数数据进行S-G平滑处理,归一化预处理之后,随机选取四分之三预处理好的数据划分为训练集,其余为预测集,导入分类判别模型。模型包括分类器和最优参数选取两部分,分类器选取支持向量机,随机森林和极限学习机等有监督的分类方法,使用遗传算法、粒子群算法和网格搜索等智能优化算法选取支持向量机最优参数。为了减少原始光谱数据维数并提高模型的运算速度,使用主成分分析进行预处理,将降维之后的结果导入分类模型。综合考虑其准确率和运行时间等因素,虽然基于粒子群算法的支持向量机具有最高的准确率98.3%,但是运行时间较长为180 s;使用极限学习机能够有着最短的运行时间0.2 s,但是准确率为73.3%。基于网格搜索的支持向量机准确率为95%,运行时间为11 s,能够在准确率较高的情况下使用较短的时间,证明基于网格搜索的支持向量机对生物活性肽太赫兹吸收光谱具有快速,准确的分类结果。研究结果表明,利用太赫兹时域光谱技术结合机器学习算法能够实现快速、无损检测生物活性肽,为生物活性肽的检测提供了一种新思路,同时也为THz-TDS结合机器学习对吸收峰不明显的多肽之间的鉴别提供参考。

基于太赫兹光谱技术的贝母品种鉴别方法研究

贝母是广泛应用于临床实践的中药材,其中川贝母尤为珍贵,存在掺假及伪冒现象,伪劣贝母会对用药者的健康产生不良影响。太赫兹时域光谱(Terahertz time domain spectroscopy)具有瞬态性、宽带性、安全性和穿透性等许多优越特性,近年来在药食无损检测领域十分活跃。以四种常见贝母(川贝母、平贝母、伊贝母、浙贝母)为研究对象,探究利用太赫兹时域光谱技术鉴别贝母品种的可行性。利用TAS7500TS太赫兹光谱系统采集贝母样品在0.6~3.0 THz范围内的光谱,并结合化学计量学方法进行预处理与建立分类模型。当分类数量为二时,称为二分类问题,当分类数量超过二时称为多分类问题。利用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)建立四种贝母的二分类模型;使用Savitzky-Golay(S-G)平滑、多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、移动平均、基线偏移校正(Baseline offset)对原始光谱进行预处理,再采用主成分分析(PCA)对预处理后的数据进行降维,以减少数据运算量、简化运算,最后建立随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、反向传播神经网络(BPNN)多分类模型。结果显示:川-伊贝母二分类鉴别模型正确率为93.333%,平-浙贝母二分类鉴别模型正确率为98.333%,其他四种二分类鉴别模型正确率均为100%。对建立的多分类模型进行对比分析发现SVM结合SNV建模效果最好,其中川贝母正确率为95.349%,伊贝母正确率为96.552%,平贝母与浙贝母正确率均为100%,整体正确率高达97.490%。研究结果表明利用太赫兹时域光谱技术鉴别不同品种贝母是可行的,并建立了分类效果较好的SNV-SVM多分类模型,为把控中药材质量提供一种新的手段,对维护中药材市场的正常运转具有重要的意义。

太赫兹光谱技术在食品质量安全检测中的应用分析

随着当前时代的发展,越来越多食品种类的出现为人们的生活提供了多元的选择。与此同时,由于食品种类的丰富性而延伸出的各种食品安全问题,也成了当前人们较为关注的焦点。食品质量安全的快速检测对当前食品行业的发展意义重大,随着太赫兹光谱技术的提出和应用,其在食品质量安全检测中所取得的成果也是极为明显的。接下来本文将对太赫兹光谱技术在食品质量安全检测中的应用分析进行一定的探讨说明,并对其做相应的整理和总结。

基于太赫兹光谱技术的液体农药测检

近年来随着经济的发展,生活水平的提高,使得对食品安全的重视逐渐加强,越来越多的人们开始追求绿色无公害的有机食品,农药残留问题给人类的生活带来了极大的困扰。太赫兹光谱技术作为一种新兴技术以检测时间短、对样品无损害、监测对象广泛、精准度高以及数据提取处理的方便性等优点在农药检测领域发挥着重要作用。

太赫兹时域光谱技术在涂层检测中的研究进展

涂层结构具有美观、隔热和耐腐蚀等优点,被广泛应用于航空航天、汽车船舶制造和制药等领域。但在涂层制备和服役过程中会不可避免地出现气泡和裂纹等缺陷,且涂层厚度和均匀性会直接影响涂层寿命,因此对涂层结构的检测显得十分重要。与常规无损检测技术相比,太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术非接触性好、抗干扰性强,适用于涂层结构快速无损检测。首先,简要地介绍了太赫兹波、太赫兹时域光谱技术和典型的太赫兹时域光谱系统;然后,详细地阐述了太赫兹时域光谱技术在光学参量、厚度和微结构检测方面的国内外研究进展,特别是太赫兹波在汽车船舶、航空航天和生物制药方向的厚度检测与成像;最后,分析了涂层结构无损检测的现状,对现有的太赫兹波检测涂层存在的问题进行了总结,并对其未来的发展进行了讨论和展望。

食品检测中太赫兹时域光谱技术的应用

在当今的食品检测过程中,太赫兹时域光谱技术发挥着至关重要的作用。为实现此项技术的良好应用,本文特以红薯淀粉中的明矾添加剂检测为例,对太赫兹时域光谱技术的具体应用进行分析。希望通过本次的分析,可以为太赫兹时域光谱技术的应用与食品检测质量的提升提供一定参考。

热老化对润滑脂太赫兹光谱影响的实验研究

为研究润滑脂热老化温度与其太赫兹光谱之间的内在规律,应用透射式太赫兹时域光谱仪采集经过不同温度静态加速热老化实验处理的润滑脂样品的时域光谱,计算得到样品在0.4~1THz的太赫兹频域光谱,分析了热老化温度对润滑脂太赫兹光谱和相关太赫兹特征参数的影响。通过实验发现,热老化温度与润滑脂样品时域谱正向最大峰值、频域谱平均绝对值之间均存在良好的线性关系,且与频域谱平均绝对值的线性相关关系最强,相关系数R2为0.9979。研究结果可为后续润滑脂热老化程度的快速、准确、无损定量检测方法研究提供重要参考。

基于太赫兹光谱技术的中药新技术检测系统的建立和应用

发展中医药,注重用现代科学解读中医药学原理,成为现代中医发展趋势。基于太赫兹光谱技术的中药及全成份中草药颗粒的光谱检测与表征方法研究,将太赫兹作为新的技术手段,建立了中药新技术检测系统,应用于中药检测领域,对中药及中药颗粒成分进行测定,受到学术界和医药界的高度重视和广泛应用。

太赫兹时域光谱技术定量检测含能材料研究

为了快速准确检测含能材料,基于大多数含能材料分子的振动和转动能级都处于0.1~3.0THz频率范围,开展了采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术检测爆炸物的研究。针对3类10种典型含能材料,测试了其太赫兹吸收光谱,指认了每种含能材料特征峰,丰富了含能材料的太赫兹吸收光谱数据库;并通过线性拟合,根据硝基或分子晶格振动所致的太赫兹特征吸收峰强度,对每种含能材料建立了定量分析的方法。

太赫兹光谱技术在气体检测中的应用

相关环境污染信息在太赫兹波段内具有较强的吸收特性,使得利用太赫兹光谱技术探测大气中的污染物成为可能。概述了国内外太赫兹时域光谱技术在气体检测方面的研究历史和发展现状,介绍了不同的气体分子在太赫兹波段的吸收谱,以及对混合气体分子和同素异形体分子的识别。对太赫兹时域光谱技术在气体检测方面的研究方向进行了展望。

生物医学检测中太赫兹光谱技术的算法研究

基于太赫兹波的非电离、非侵入性、高穿透性、高分辨率和光谱指纹特征,太赫兹光谱技术在生物医学领域具有巨大潜力。基于太赫兹光谱技术和不同的分析算法,不同研究小组实现了对混合物样品的定性、定量识别。然而,实际的生物混合物样品中通常包含水在内的不同成分,进而导致光谱的信噪比较差,导致最终的光谱分析结果误差较大。对于此类问题,降噪算法和重构算法是比较有效的解决办法。这些算法通过去除光谱数据中的无效信息或提取其中的有效信息来达到提高光谱信噪比的目的,最终结合分析算法实现对生物样本的高精度定性和定量识别。本文对近五年来应用于太赫兹光谱技术中的主要算法进行了归纳介绍,并总结了它们的优势和缺点。

基于太赫兹光谱的乙二醇含水率检测方法研究

乙二醇水分含量检测标准方法为卡尔·费休法,该方法操作繁琐、耗时长,且存在人为误差等缺点,提出基于太赫兹时域光谱技术检测乙二醇中含水率的新方法,采用透射式太赫兹时域光谱系统对不同含水率(0~50)的乙二醇溶液进行测定,获得其时域光谱,计算得到不同含水率乙二醇样本的吸收系数和折射率;采用标准正态变换、Savitzky Golay平滑等方法组合对光谱数据进行预处理,基于处理后折射率和吸收系数建立PCR、PLSR、SVR三种预测模型,通过对比模型的相关系数和均方根误差,选出最优的定量分析模型。结果表明:在基于吸收系数建立的预测模型中,经SNV处理后乙二醇吸收系数的SVR模型预测性能最佳,其预测集R^(2)与RMSEP分别为09941和000451;在基于折射率建立的预测模型中,经S G平滑预处理后乙二醇折射率的SVR模型预测性能最佳,预测集R^(2)与RMSEP分别为09988和000507;均具有较高的预测精度。研究表明,文章实现了乙二醇含水率快速、无损和高精度检测,所提方法能为乙二醇质量快速评价提供技术指导,也为有机溶剂水分含量检测提供一种新思路。

凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响

在太赫兹光谱实验测试中,为了提高系统信噪比,被测试的固态样品表面通常为平行且光滑的形态,然而在安检等实际应用场合中,自然状态下的物体表面可能会呈现出凹陷、凸起等特殊形态,这会对太赫兹光谱产生影响,这些影响与特殊形态的尺寸有关,但最容易忽视的是这些影响也与太赫兹波的空间分布有关。首先,对凹陷表面样品进行了基于高斯光学的太赫兹波透射过程建模,研究了表面具有规则圆柱形的凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响。通过小孔拟合法对太赫兹光谱系统的高斯光学参数进行了测量,获得了太赫兹波的束腰半径等参数。然后,选用表面被加工成凹陷形态的聚四氟乙烯为实验材料进行太赫兹透射光谱实验,将太赫兹光谱传递函数幅值的理论模型值和实验值进行对比来验证模型的适用情况,通过实验证实了在表面有凹陷等缺损情况时将太赫兹波进行高斯光束建模的必要性。最后,由模型推论出在与太赫兹波传播方向平行和垂直两个维度方向上,凹陷深度和凹陷半径对太赫兹透射光谱的定量影响作用:随着凹陷深度的增加,光谱传递函数幅值周期越来越小,两者之间存在单调的定量关系,且不会受到凹陷半径的影响。利用凹陷深度对光谱传递函数幅值周期的定量影响关系可以实现对凹陷深度的定量检测,当可用频谱宽度为1.2 THz时,凹陷深度的最低检测值为0.53 mm;随着凹陷半径的增加,光谱传递函数幅值均值有着先降低后增加的变化趋势,两者之间不存在单调函数关系且受到凹陷深度的影响。当凹陷半径大于5 mm时,光谱传递函数幅值均值不再随半径的增加而增大,样品表面凹陷对太赫兹波光谱传递函数幅值幅度的影响与凹陷位置也有关系,这两种现象主要与太赫兹波的高斯分布情况有关。研究结论可用于太赫兹波在非极性材料表面缺陷的无损检测中,还可用于设计样品表面形态,使其具有期望的光谱传递函数。

红薯淀粉中添加剂明矾的定性和定量太赫兹时域光谱技术检测

应用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对红薯淀粉中的添加剂明矾进行了实验研究,获得了红薯淀粉和明矾的太赫兹时域光谱和频域光谱,通过计算得到二者的吸收系数谱和折射率谱,吸收系数谱显示明矾在太赫兹波段有明显的特征吸收峰,可以用THz-TDS技术对淀粉中的明矾进行特征识别。实验获得了红薯淀粉中掺杂不同百分比(质量分数)明矾的太赫兹时域光谱,计算得到吸收系数谱和折射率谱,发现随着明矾含量的增加吸收峰的幅度下降,折射率逐渐下降,说明THz-TDS技术可以用于淀粉中明矾的定性识别和定量检测。

太赫兹时域光谱及成像技术在农作物品质检测中的应用研究进展

太赫兹辐射以其独特的技术优势,如瞬时性、宽带性、相干性、低能量性、穿透性和吸收性,受到了全世界各国政府、高等院校、科研机构等的高度重视并日趋成为生物医学、材料科学和物理学等领域的新兴研究热点。农作物成分如水分、蛋白、脂肪、淀粉等理论上在太赫兹谱区有较为丰富的吸收;太赫兹波的低辐射特性对农业生物样本检测更为安全;太赫兹波的穿透特性对带包装样本、包衣样本的检测又独具优势;太赫兹时域光谱与成像技术结合还可以进一步对农作物样本的组织形态进行辨别评价,因此太赫兹波技术逐渐成为农作物品质检测领域一项极具应用潜力和应用前景的前沿分析技术。简述了太赫兹时域光谱及成像技术的基本原理,聚焦于太赫兹时域光谱及成像技术在农作物品质检测领域的应用研究现状,对该技术在农作物种子质量鉴别(如品种、转基因和活力)、农作物成分分析(如糖类、水分和淀粉),农作物贮藏品质判别(如新陈度、劣变和虫蚀)以及在农产品安全检测(如农药残留、非法添加物和异物)方面的新近研究工作和进展进行归纳总结,并展望了该技术在农作物品质检测领域的应用前景和发展趋势。

太赫兹光谱和成像技术在毒品识别和检测方面的应用

介绍了太赫兹时域光谱和成像技术在毒品识别和检测中的应用研究结果;主要报道了利用太赫兹时域光谱技术对隐藏在信封中的毒品的识别,并对粉末状毒品与片状毒品的太赫兹吸收光谱进行了比较;在理论模拟方面,利用密度泛函理论对毒品振动光谱进行了计算;同时应用太赫兹成像技术对毒品进行了识别。研究结果充分表明太赫兹电磁波在毒品检测和缉毒工作中的有效性。