基于太赫兹时域光谱技术的CFRP薄涂层厚度检测方法

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)上的薄涂层测厚存在的基底各向异性、多重反射、回波重叠、环境噪声等问题,提出基于太赫兹时域光谱技术与稀疏分解的涂层测厚方法,并在仿真波形和实际样品上成功验证。CFRP通常由碳纤维与环氧基体牢固结合并多层复合而成,具有各向异性特点,在光学性质上表现为CFRP上同一位置不同入射方向、同一入射方向不同位置的反射波形均存在差别。这致使基于理论模型的优化算法用于其上涂层测厚时精度有待提高。另外,在涂层较薄时,受噪声与多重反射等因素的干扰,无法直接在时域根据反射波形区分涂层界面,即直接使用飞行时间法(TOF)难以获得涂层厚度。为此,使用稀疏分解法来定位薄涂层的分界面,再结合TOF法计算CFRP上薄涂层的厚度。首先,分析了多层结构上的太赫兹反射信号与信号稀疏分解模型之间的联系,并利用参考信号构成稀疏字典。然后,鉴于太赫兹信号的传播路径只在分界面发生改变这一先验知识,即涂层层数决定了信号稀疏分解后非零脉冲个数,使用前向正交匹配追踪算法(LAOMP)求解太赫兹反射信号的稀疏表示。LAOMP算法可直接指定稀疏度,便于选择稀疏脉冲定位涂层分界面。获得对应于各涂层界面的脉冲后,使用TOF法求得涂层的厚度。最后,在总厚度分别为102和66μm的双涂层仿真数据与实际样品上验证方法的性能,并与经典基于L1范数的谱投影梯度算法(SPGL1)进行了对比。结果表明:在相邻涂层折射率差别较小的情况下,LAOMP算法可以有效检测CFRP上35μm的薄涂层。在总厚度为66μm的双涂层样件上,检测误差在11%以内,具有调参简单、结果稳定的优点。

太赫兹光谱技术在食品污染检测中的研究进展

随着新的食品加工技术及新型食品材料的不断涌现,食品污染问题也越来越多,国际食品安全事件频繁爆发,食品污染造成的食源性疾病对人民生命健康造成严重威胁,如何把控好食品质量成为人们关注的焦点问题。太赫兹技术作为一项新兴的检测技术,其反映样品的物理结构、性质及化学成分的同时,也获取样品在太赫兹波段的时域和频域信息作为物质“指纹”谱,用于无损检测和识别领域并取得了一定的成果。相较于传统的检测手段,太赫兹技术安全性高、透视性好以及波谱分辨能力强等优势使其在食品污染检测领域具有极大的应用潜力和应用前景。文章简述了太赫兹光谱技术的基本原理,以其中最为常用的太赫兹时域光谱技术为主要研究重点,对该技术在食品生物性污染、化学性污染、物理性污染检测方面的应用研究工作进行了重点归纳总结,最后聚焦于太赫兹技术在食品污染检测领域的实际应用现状,讨论其发展趋势和应用前景,并分析目前研究仍存在的问题,以期为太赫兹技术在食品安全检测领域未来的进一步发展提供参考。

太赫兹时域光谱技术在材料科学领域研究进展

太赫兹时域光谱技术是一种研究材料中载流子超快动力学过程及光电导率特性的重要实验手段。近年来,随着材料科学的飞速发展,人们应用太赫兹时域光谱技术研究了包括二维层状材料、钙钛矿材料和碳基低维材料等新型材料中光生载流子、激子和极化子等粒子及准粒子在皮秒时间尺度上的超快动力学过程及在太赫兹波段的光电导特性。本文主要介绍近5年来太赫兹时域光谱技术在材料科学领域取得的最新研究进展,并对太赫兹时域光谱技术在材料科学领域的应用做出展望。

基于太赫兹时域光谱技术的农药残留检测方法

太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术是近年来涌现出来的崭新的光谱测量新技术．本研究提出了一种基于THz-TDS技术农药残留检测方法，并以灭多威和乙氧氟草醚两种农药作为实验介质证明此方法的可行性．应用太赫兹时域光谱系统测得了这两种农药的时域光谱信号，利用基于菲涅尔公式的数据处理模型得到了它们在THz波段的折射率谱和吸收系数谱．从实验结果可以看出两种农药在0．2—2．0THz范围内存在明显的特征吸收峰，且差别很大．经分析认为这些吸收峰是由分子的集体振动模式以及分子间相互作用引起，它们是农药分子的指纹吸收光谱，可以应用于分子识别中．本研究证明了THz—TDS技术应用于农药残留检测的可行性，表明其在农药残留检测中具有潜在的应用价值．

太赫兹时域光谱技术在危险品检测方面的应用

太赫兹波（terahertz，THz，T-ray）是指频率介于0．1～10THz之间的电磁辐射，在电磁波谱上位于微波和远红外线之间。大多数爆炸物、毒品在此波段有特征吸收。与在公共安全领域检测武器、爆炸物、毒品等危险品的传统方法相比，太赫兹辐射能量低，不会产生电离辐射，也不会引起安全担忧。而且，太赫兹波对于衣物等大多数包装材料有很强的穿透力，对物质的检测可以做到高灵敏、无损伤和远距离，因此在反恐、毒品、安全检测等方面具有显著潜在优势。文章介绍了国内外太赫兹时域光谱技术（terahertz timedomainspectroscopy，THz-TDS）在爆炸物及毒品检测方面的研究最新进展；详细讨论了黑索金（RDX）的研究现状，并初步探讨了影响实验结果的几种因素。

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。

太赫兹时域光谱技术用于老化炸药检测

库存炸药老化情况的检测对炸药的性能、安全性和稳定性研究意义重大。现有的老化炸药检测手段,如扫描显微技术,傅里叶变换红外光谱技术,气相色谱-质谱技术等,或者不能分辨炸药老化与否,或者只能从表观上进行分析,不能反映炸药分子结构的变化。首先应用密度泛函理论(DFT),计算了炸药老化前后分子吸收频谱变化,从计算结果可以看出炸药分子老化前后的吸收光谱在老化前后变化明显;然后分析了太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统及其分辨率和测量频谱范围,结合已有实验结果以及太赫兹波本身的特点,从可行性、准确性和实用性三方面对太赫兹时域光谱技术应用于炸药老化检测进行了论证,从而提出了应用太赫兹时域光谱技术进行炸药老化检测的新方法。

太赫兹时域光谱技术的重金属离子吸附检测方法研究

随着工业化进程的不断推进,水体重金属污染问题日益严重。秸秆具有来源广泛、价格低廉、易再生等优点,故成为水体重金属污染处理的理想吸附剂。为研究太赫兹波技术在水体重金属污染检测的应用前景,实验选取原始秸秆和碱化秸秆分别对重金属离子进行吸附,利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)在室温氮气环境下对原始秸秆样品、碱化秸秆样品、原始秸秆吸附重金属离子样品、碱化秸秆吸附重金属离子样品和碱化秸秆吸附重金属离子解吸后的样品进行光谱测量,秸秆经碱化处理后处于1.75~1.85THz的杂合吸收峰带吸收系数有明显下降,并伴有肩峰式吸收带后移的现象,在吸附重金属离子后,原始秸秆样品中原有的1.75~1.85THz杂合吸收带消失,却在1.8~2.05THz形成了杂合吸收带。碱化秸秆在1.7~2.05THz呈现复杂的多个肩峰式吸收,而碱化秸秆吸附重金属样品在1.7~2.05THz呈现平滑的强吸收带,碱化秸秆吸附重金属离子水解吸后吸收谱线近乎平行。结合秸秆及碱化吸附重金属的化学反应过程对吸收谱进行分析,可得到不同组分样品的分子振动及官能团信息,并得到碱化秸秆吸附重金属应为络合吸附和静电吸附两种吸附方式。证明了太赫兹时域光谱技术在水体重金属污染检测中的可靠性和良好的应用前景。

太赫兹时域光谱技术用于药品检测

为研究太赫兹光谱技术用于药品检测的可行性,利用自行搭建的时间扫描太赫兹时域光谱系统对3种不同厂家生产的阿莫西林胶囊进行了测试。测试结果表明,尽管与文献上在氮气环境中获得的结果存在一定差异,但3种样品在太赫兹波段仍然显示出了明显的特征吸收,且不同厂家的药品在吸收峰位置、强度以及折射率谱等方面均有所差别。研究结果证实了太赫兹光谱技术在青霉素类药品的质量监控及在线检测等方面具有广阔的应用前景。

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。

基于时域太赫兹光谱技术的橄榄油氧化程度检测研究

文章通过设定特定储藏条件加速橄榄油氧化酸败,获得不同氧化程度的橄榄油样品,并对样品的脂肪酸变化进行分析。采用太赫兹系统对不同储藏期的橄榄油样品进行检测,选择0.3THz~2.0 THz范围内的THz吸收光谱作为建模数据,结合支持向量机(SVM)、反向传播神经网络(BPNN)、偏最小二乘(PLS)、随机森林(RF)建模方法对橄榄油储藏时间进行预测,结果表明支持向量机所得预测结果最优,再建模集中的预测正确率为98.5%,预测集中的建模正确率为99%。实验结果表明,太赫兹光谱技术结合机器学习算法可以有效检测橄榄油的氧化程度,为橄榄油的快速检测提供了新方法。

基于太赫兹时域光谱技术的地沟油检测与识别

油脂大分子的振动和转动频率均处在太赫兹波段,与太赫兹波相互作用可产生共振反应,因此太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）可以快速灵敏地实现正规油和地沟油的检测与识别.通过对正规油（全新采购）、类地沟油（煎炸处理）和地沟油（回收处理）在0.3～ 1.6 THz波段的时域和频域光谱进行对比,并分析其延迟时间、折射率、吸收系数和吸收峰等光学参数的差异,提取了地沟油的太赫兹光谱的特征信息,为地沟油的检测与识别提供了实验依据和有效方法.结果表明,利用光谱特征信息和地沟油特有官能团信息,太赫兹时域光谱技术可有效区分正规油与地沟油.

基于太赫兹时域光谱技术的交联聚乙烯电缆绝缘层气隙检测分析

隐藏气隙缺陷会严重影响交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘性能,造成安全隐患。该文提出一种基于太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)的XLPE无损检测新方法。首先分析XLPE中隐藏气隙缺陷特性,建立含有气隙缺陷的XLPE的多层色散模型并进行理论分析,然后采用实际XLPE样品并人工模拟气隙缺陷,最后利用自己搭建的透射式THz-TDS系统对样品成谱成像实验。实验结果表明,通过采集THz-TDS系统透过样品的时域信号,以信号幅值和相位为特征量可有效辨别XLPE样品的隐藏气隙,对信号谱进一步分析可以得出隐藏气隙的几何尺寸信息,计算误差在2.9%以内;另外,对XLPE隐藏气隙的THz成像实验可以更直观地观测到气隙特征,应用该文设计的太赫兹成像算法能清楚地辨识气隙的位置和形状特性。该文从理论和实验上证明了基于THz-TDS系统对XLPE隐藏气隙缺陷无损检测的新方法的可行性,可为电缆绝缘缺陷的无损检测提供一种新的思路,且可应用于其他电气设备检测中。

基于太赫兹时域光谱技术的橡胶材料无损检测

针对橡胶材料与金属板粘接样件厚度及粘接质量,采用反射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对其进行无损检测。通过对检测数据中各点时域波形飞行时间信息的分析,得到样件橡胶部分的二维厚度分布图,实现了橡胶样件厚度分布的可视化成像;通过对检测数据中特征点波形及B-Scan图像的综合分析,判断出样件的分层缺陷。该研究结果为橡胶材料厚度及分层缺陷的无损检测提供了有效的解决办法。

基于太赫兹时域光谱技术的天麻素检测

目的:建立天麻素的太赫兹波段图谱特征。方法:采用太赫兹时域光谱技术检测两种不同产地的天麻素及两种全天麻胶囊在太赫兹波段的光谱,对得到的实验数据进行分析,同时采用模拟软件对天麻素晶体在太赫兹波段的光谱进行模拟,并指认其在太赫兹波段的振动模式。结果:两个产地的天麻所提取的天麻素的太赫兹光谱基本一致。其在0.51、0.77、1.01、1.18和1.59 THz处存在较明显的吸收峰。对于全天麻胶囊样品1和样品2,有4个较明显的吸收峰,但是与天麻素对比,仅有3个吸收峰的位置较为对应。结论:太赫兹时域光谱技术可用于在物性鉴别领域。

基于太赫兹时域光谱技术的诺氟沙星浓度检测研究

畜禽养殖中抗生素的不合理使用导致畜禽产品中抗生素残留问题时有发生,进而通过食物链影响食品安全,威胁人类健康。准确、快速检测出抗生素药物的含量对保障食品安全具有重要意义。以残留较为常见的喹诺酮类诺氟沙星抗菌药为研究对象,开展基于太赫兹光谱技术的诺氟沙星较大梯度和较小梯度的全浓度含量检测研究。在较大梯度诺氟沙星样本中,首先,在1%~100%范围内设置了11个浓度,完成较大梯度压片样本制备;然后经太赫兹时域光谱系统扫描获取其时域光谱,提取样本的吸收系数,用卷积平滑S-G二项式拟合滤波去除噪声、平滑样本光谱数据。发现纯净的诺氟沙星在1.205 THz处存在一个强烈吸收峰,在0.816 THz处存在一个弱吸收峰。最后,利用逐步回归和连续投影法(SPA)选择变量并结合特征吸收峰进行多元线性回归建模预测分析。进一步在较小梯度诺氟沙星样本研究中,首先在浓度100μg·mL-1(0.01%)以下设置了29个浓度系列,完成较小梯度溶液样本制备;然后获得其太赫兹时域光谱,用S-G二项式拟合滤波进行数据预处理,发现各浓度的吸收光谱未出现明显差异,最后利用逐步回归和连续投影法(SPA)选择变量结合特征吸收峰实现多元线性回归建模预测分析。结果表明:在较大梯度诺氟沙星样本中逐步回归选择变量的多元线性回归达到了模型最优(R_(p)=0.962,RMSEP=2.74%),准确率优于当前已有最优预测模型(R_(p)=0.867,RMSEP=16.6%);小梯度诺氟沙星样本的逐步回归选择变量的多元线性回归模型最优(R_(p)=0.728,RMSEP=18.79μg·mL^(-1)),该方法有一定的预测能力,但是准确率有待提升。利用太赫兹光谱技术实现了较全浓度诺氟沙星的检测,为后续诺氟沙星检测限的探索等进一步研究提供了一定的研究基础。

利用太赫兹时域光谱技术检测水和氯化钠溶液

太赫兹电磁波谱与液体分子的转动和振动能量对应,适合研究液体分子的动力学信息。水和氯化钠广泛存在于生物组织中,也是生命的重要组成部分。太赫兹时域光谱技术被广泛应用于液体检测,通过分析溶液中物质内部结构以及分子微观运动状态,在0.2~1.5 THz频率下,可以得到物质的吸收系数、折射率以及介电函数等。利用德拜模型模拟实验结果得到水溶液、氯化钠溶液的介电函数以及弛豫时间,可得到水和氯化钠溶液分子快速移动的特征时间分别为9.6 ps和10.7 ps,并获得了与分子结构相关的动力学信息。

基于太赫兹时域光谱技术的塑料检测

基于太赫兹时域光谱检测技术,建立透射式光学参数提取模型,推导出太赫兹波谱下材料折射率和吸收系数公式。搭建实验平台,得到了室温环境下ABS、PET和PMMA三种塑料样品在0.2~1.5THz区间的折射率和吸收系数,并进行了对比分析。实验结果表明,太赫兹光谱技术可以有效提取三种塑料特征信息。这对利用太赫兹光谱技术检测塑料制品有着重要的意义。