沥青含蜡量太赫兹透射谱初步研究

文章针对太赫兹透射谱沥青含蜡量测试原理,介绍了沥青含蜡量理论分析方法,阐述了相应的含蜡量试验流程,并对比分析了沥青含蜡量与延迟性、衰减性的关系以及试验夹具的影响,为建立一种基于太赫兹透射谱的沥青含蜡量测试方法提供依据。

基于二硫化碳的超材料太赫兹透射特性调控

目前,光控太赫兹波超材料主要是利用激光改变半导体材料的载流子浓度来实现的。半导体材料的复合寿命一般为纳秒量级,因此调控时间受到了限制。与半导体材料相比,二硫化碳(CS2)的光响应速度很快,只有1.68ps,并且也具有较大的光学非线性。以亚波长周期金属块阵列结构为基础,提出了利用CS2来实现超材料太赫兹透射调控的方案。具体利用时域有限差分法(FDTD)研究了该结构的太赫兹波透射调控。

基于二氧化钒的双开口谐振环太赫兹透射调控

基于二氧化钒(VO2)的温致金属-绝缘体相变特性,利用双开口谐振环,设计了透射频率可调的太赫兹器件。利用时域有限差分法(FDTD)理论研究了该结构的透射特性。结果表明,当外界温度从25℃升高至85℃,超过二氧化钒的相变温度(68℃)时,在0.63 THz和1.91 THz处的透射率由6.3%和0.5%增加至66.6%和45.2%,调制深度分别达到82.7%和97.8%,表现出良好的可调特性。具体分析了谐振吸收的机理以及温度调控的过程。

基于太赫兹成像检测技术与特征提取方法结合巴旦木饱满度检测方法研究

巴旦木是一种营养丰富的坚果,对巴旦木的品质进行检测具有重要的经济价值和实际意义。由于巴旦木具有较为坚硬的外壳,传统的检测手段较难实现内部检测,因此,采用新兴的太赫兹透射成像检测技术,开展巴旦木饱满度的检测研究。首先采集不同饱满度巴旦木的太赫兹透射图像,并且从太赫兹图像的感兴趣区域分别提取无样品区域、空壳区域和满仁区域的太赫兹光谱信息;为了提高模型的精度,减少计算量,采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、无信息变量消除(UVE)、连续投影算法(SPA)、蒙特卡罗无信息变量消除法(MCUVE)和遗传算法(GA)对太赫兹光谱信息进行特征提取,建立对应的最小二乘支持向量机(LS-SVM)、随机森林(RF)和K-近邻(KNN)定性判别模型,对巴旦木的饱满和空壳区域进行检测和鉴别。此外,对太赫兹特征图像转为JPG格式,接着转化为RGB格式进行G通道提取和图像二值化分离出外壳和果仁图像,检测饱满度为太赫兹特征图像的壳仁像素点之比;对原始图像进行轮廓提取和图像二值化分离出外壳和果仁图像,实际饱满度为原始图像的壳仁像素点之比。通过计算检测饱满度和实际饱满度的误差,证明了太赫兹透射成像技术检测巴旦木饱满度的可行性。建立的KS-GA-RF模型的鉴别效果最优,准确率为98.21%;通过壳仁像素点之比分别计算出对应的检测饱满度和实际饱满度,误差为16%。研究验证了采用太赫兹图、谱相融合的方法,可以很好地实现对巴旦木内部种仁饱满度可视化检测,为巴旦木的准确分级提供了新的思路,也为太赫兹成像技术检测其他坚果饱满度提供了理论参考,具有重要的应用价值。

太赫兹图像的降噪和增强

太赫兹波由于其独特的性质而被用于对特定物体的无损检测和成像。提高成像质量成为影响太赫兹成像系统应用的关键。数字图像处理技术是改善图像质量的一条重要途径。基于太赫兹透射成像实验,研究讨论了运用空域滤波、高斯平滑、频域滤波和边缘检测等图像降噪和图像增强技术,有效克服成像系统的实验噪声、激光功率抖动等影响,并对图像降噪和增强方法的选择和处理效果做出了对比分析。结果显示,通过对图像降噪和图像增强技术的综合运用,可以大大提高太赫兹图像的清晰度和可辨识性。

基于太赫兹成像技术的发芽葵花籽无损检测研究

发芽葵花籽中脂肪和蛋白质等营养物质的含量会减少,影响油脂产品的产量及品质,因此需要保证葵花籽的品质安全。在对发芽葵花籽进行检测研究时,通常需要剥除葵花籽的外壳,破坏样本,这一操作不利于后续的贮藏加工。文章对发芽葵花籽的带壳无损检测方法进行了研究,采用太赫兹透射成像技术结合最大峰值(Max Peak Size)图像重构方法获取发芽葵花籽图像,应用自适应阈值分割法提取图像特征,应用连续投影(Successive Projections Algorithm,SPA)算法提取光谱特征,并通过串行融合实现特征融合,采用误差反向传播(Back propagation,BP)神经网络算法建立了发芽葵花籽在不同频率段内的识别模型。结果表明,采用SPA-BP算法建立的基于融合特征的发芽葵花籽识别模型效果较好,模型整体识别准确率为100%。由此可得,利用太赫兹时域透射成像技术可以实现发芽葵花籽的带壳无损检测,这对未来带壳油料作物品质的无损检测提供新思路。

陶瓷基复合材料的太赫兹无损检测方法

提出了一种时频域多模式新光谱成像方法,对内含缺陷的4种陶瓷基复合材料(CMC)样本实现了无损检测,形成了检测样本的太赫兹图像库,并引入5个图像质量的客观综合评价指标,通过指标融合处理选出了质量较佳的太赫兹图像。基于尺度不变特征变换与K均值聚类实现了该图像的检索。实验结果证实,该方法可有效地对CMC不同位置处的不同宽度缺陷进行成像检测。

富硒富锌食品检验检测方法研究

为了降低由于检测指标多样化引起的检测效率较低的问题,研究富硒富锌食品检验检测方法。利用基于太赫兹透射光谱对提取待检测食品的指标参数,对数据结果进行平滑去噪处理,以此提高数据结果的可靠性,最后对于处理后的结果进行投影处理,以最大方差对投影结果进行排序,实现对食品成分的全种类分析,提高其检测效率。试验结果表明,其可以在0.4 h内完成对所有检测指标的准确测定,具有较高的检测效率。

连续波频域太赫兹光谱系统的研究

基于相干探测的太赫兹频域光谱仪(THz-FDS)是国际上正在发展的一种高分辨率太赫兹光谱测量与分析系统。本团队搭建了连续波透射式THz-FDS和反射式THz-FDS系统,并利用两种系统对固体、液体和气体样品进行测量,介绍了测量数据的分析处理方法。采用透射式THz-FDS系统对比研究了极值法和希尔伯特变换法提取样品折射率的特性,同时将希尔伯特变换法用于处理系统信号,准确获取了乳糖一水合物的折射率,并获得了极高的频率分辨率;采用透射式THz-FDS系统结合传输矩阵法,消除了测量液体样品过程中的Fabry-Pérot谐振,成功获得了非极性有机液体样品正己烷和环己烷的折射率。在反射式THz-FDS系统的研究方面,通过自参考方法准确获得了甲醇和乙醇在太赫兹频段的介电常数;研究了单减Kramers-Kronig(SSKK)估计相位误差的方法,成功提取了固体掺杂硅样品在太赫兹频段的折射率和吸收系数,测量和计算数据与前人研究结果基本吻合。本研究为频域太赫兹光谱技术的发展与应用奠定了基础。