一种宽带太赫兹时域光谱的分析方法及便携式分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种宽带太赫兹时域光谱的分析方法及其便携式分析装置。所述分析方法包括对化学品建立宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据库；获得待测样品的宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据，对所述特征光谱数据进行去噪和恢复；将样品的特征光谱数据与数据库中数据进行匹配。其中，去噪消除湿度对太赫兹光谱的影响；消除回波对光谱的影响；利用小波变换方法进行光谱去噪。本发明专利技术可以得到的标准化太赫兹时域光谱数据，并采用便携式装置对数据进行现场分析。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带太赫兹时域光谱的分析方法及便携式分析装置【
】本专利技术涉及太赫兹光谱分析，具体涉及一种分析宽带太赫兹时域光谱的方法，和实现所述方式的便携式装置。【
技术介绍
】目前，宽带太赫兹时域光谱可以由各式各样的宽带太赫兹时域光谱仪获得。但是，对具有独一无二特征的宽带太赫兹时域光谱的分析仪器却并不多见。传统的宽带太赫兹时域光谱的分析仪器通常可以分析在纯氮气或稀有气体保护的环境下，一种或几种物质的太赫兹光谱，并实现每种物质含量的量化计算。但是，复杂环境下，尤其是真实大气环境下的一种物质或几种物质的宽带太赫兹时域光谱的分析仪器几乎没有。这其中最重要的原因是无法消除真实大气环境对太赫兹光谱的干扰，无法获得一种或几种物质在近距离、无干扰气体条件下测得的表征被测样本分子特征及相对含量的太赫兹光谱。【
技术实现思路
】为了克服现有技术的缺陷，提供一种对太赫兹时域光谱进行去噪、对太赫兹时域光谱恢复，实现对复杂环境下宽带太赫兹时域光谱的预处理，结合待测样品所在的光谱数据库集，计算出被分析的太赫兹光谱包含的物质及其含量的信息，实现对宽带太赫兹时域光谱的分析，以及实现所述分析方法的便携式装置。因此，本专利技术提供一种宽带太赫兹时域光谱的分析方法，步骤包括:(I)对化学品建立宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据库；(2)获得待测样品的宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据，对所述特征光谱数据进行去噪和恢复；(3)将步骤(2)得到的特征光谱数据与数据库中数据进行匹配。本专利技术中，步骤(2)中，对所述特征光谱数据进行去噪包括:(i)获取对样品光谱测量时所处的环境湿度条件，确定湿度环境对光谱数据的影响，获得所述环境下湿度对太赫兹的吸收谱，得到消除了湿度影响的待测样品的太赫兹光谱；(ii)检测太赫兹时域光谱数据中是否存在回波，如果存在，则通过主波和回波进行比较得到回波的幅频谱；再根据相频谱，得到回波和主波的时间间隔，消除回波对光谱的影响；如果检测到太赫兹时域光谱中含有多个回波，则进行多层次回波消除；(iii)利用小波变换方法，对光谱进行小波分解，去除含有基线漂移和高频噪声的小波分量，对剩下的小波分量进行恢复光谱，获得光谱的去噪。一种实现上述方法的便携式分析装置，包括外壳、设置在外壳中的单片机、与所述单片机相连的通信接口、触屏液晶显示屏、按键和ROM存储器、SD卡槽，还包括用于固化所述化学品特征光谱数据库及其相应匹配方法的第一存储器、用于存储光谱数据及计算结果的第二存储器、环境参数探测系统；所述的环境参数探测系统包括温度传感器、湿度传感器、100微米级颗粒物浓度传感器及所有所述的传感器与所述的单片机相连的控制电路。优选地，第一存储器和第二存储器是SD卡。在本专利技术中，通信接口接收其他设备传送的待测样品的宽带太赫兹时域光谱数据；所述的太赫兹时域光谱数据是ASCII文件；所述的ASCII文件存储于所述的SD卡2中。在本专利技术中，所述SD卡有一个或多个，是不可写的、固化有不可擦除的光谱数据库及算法数据的SD卡，每一类化合物对应着一个SD卡，或所述SD卡是可写的SD卡。优选地，所述ROM存储器中具有根据环境湿度条件确定湿度环境对光谱数据的影响，获得所述环境下湿度对太赫兹的吸收谱，得到消除了湿度影响的待测样品的太赫兹光谱的装置。所述ROM存储器中具有检测太赫兹时域光谱数据中是否存在回波，如果存在，则通过主波和回波进行比较得到回波的幅频谱；再根据相频谱，得到回波和主波的时间间隔，消除回波对光谱的影响；如果检测到太赫兹时域光谱中含有多个回波，则进行多层次回波消除的装置。所述分析装置具有将待测样品的特征光谱数据与第一存储器中的数据进行匹配的装置。以下将更详细地解释本专利技术的技术方案。一种宽带太赫兹时域光谱的分析方法，步骤包括:(I)对化学品建立宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据库；(2)获得待测样品的宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据，对所述特征光谱数据进行去噪和恢复；(3)将步骤(2)得到的特征光谱数据与数据库中数据进行匹配。步骤(2)中，对所述特征光谱数据进行去噪包括:(i)获取对样品光谱测量时所处的环境湿度条件，确定湿度环境对光谱数据的影响，获得所述环境下湿度对太赫兹的吸收谱，得到消除了湿度影响的待测样品的太赫兹光谱；(ii)检测太赫兹时域光谱数据中是否存在回波，如果存在，则通过主波和回波进行比较得到回波的幅频谱；再根据相频谱，得到回波和主波的时间间隔，可以利用类似于去除天线回波的反卷积算法(例如参考文献:Redo-Sanchez, A.，&Zhang, X.C.(2011).Self-referenced method for terahertz wave time—domain spectroscopy.0pticsletters, 36 (17), 3308-3310.中公开的方法)或其他已知的频谱数据处理方法消除回波对光谱的影响；如果检测到太赫兹时域光谱中含有多个回波，则进行多层次回波消除；(iii)考虑到环境颗粒物密度会对光谱数据造成影响，利用小波变换方法，结合所测环境颗粒物密度数据，对光谱进行小波分解，去除含有基线漂移和高频噪声的小波分量，对剩下的小波分量进行恢复光谱，获得光谱的去噪。一种实现上述方法的便携式分析装置，包括外壳、设置在外壳中的单片机、与所述单片机相连的通信接口、触屏液晶显示屏、按键和用于固化时域光谱去噪、恢复算法的ROM存储器、SD卡槽，还包括用于固化所述化学品特征光谱数据库及其相应匹配方法的第一存储器、用于存储光谱数据及计算结果的第二存储器、环境参数探测系统；所述的环境参数探测系统包括温度传感器、湿度传感器、100微米级颗粒物浓度传感器及所有所述的传感器与所述的单片机相连的控制电路。外壳上镶嵌所述的触屏液晶显示屏、通信接口、按键、2个SD卡槽，外壳的底部嵌入所述的ROM存储器、单片机，外壳内部固定环境参数探测系统；所述的按键包括“上”、“下”方向选择按键和“确认”按键，用于选择所读入的光谱数据文件；所述的通信接口为USB通用接口、串口或者无线接收接口。触屏液晶显示屏受ARM单片机的图形界面库函数及ARM单片机的液晶屏连接电路控制，可以显示需要分析的宽带太赫兹时域光谱图、光谱数据分析结果，也可以用于操纵选择文件数据的读入和写入。单片机可以根据用户的需要，将读入的光谱数据库及其相应匹配算法的数据存储在所述的ROM里面，经过计算和匹配后，最终将用户需要的所有光谱数据库及其相应匹配算法的数据写入第一存储器中。第一存储器和第二存储器都可以采用SD卡。所述通信接口接收其他设备传送的待测样品的宽带太赫兹时域光谱数据；所述的太赫兹时域光谱数据是后缀为thz”的ASCII文件；所述的ASCII文件存储于SD卡2中。ASCII文件中包含的光谱数据被传递到所述的单片机中；单片机从ROM存储器中读取用于去噪、恢复的算法，从SD卡I中读取光谱数据和匹配算法，并对光谱数据进行计算，将计算所得的结果存储到SD卡2中。所述SD卡有一个或多个，可以是不可写的、固化有不可擦除的光谱数据库及算法数据的SD卡，每一类化合物对应着一个SD卡，或所述SD卡是可写的SD卡。所有SD卡I应当具有用于与所述的单片机通信的加密通信密钥，以便SD卡I能被所述的单片机读取。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带太赫兹时域光谱的分析方法，其特征在于：(1)对化学品建立宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据库；(2)获得待测样品的宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据，对所述特征光谱数据进行去噪和恢复；(3)将步骤(2)得到的特征光谱数据与数据库中数据进行匹配。

【技术特征摘要】
1.一种宽带太赫兹时域光谱的分析方法，其特征在于: (1)对化学品建立宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据库； (2)获得待测样品的宽带太赫兹时域光谱特征光谱数据，对所述特征光谱数据进行去噪和恢复； (3)将步骤(2)得到的特征光谱数据与数据库中数据进行匹配。2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于步骤(2)中，对所述特征光谱数据进行去噪包括: (i)获取对样品光谱测量时所处的环境湿度条件，确定湿度环境对光谱数据的影响，获得所述环境下湿度对太赫兹的吸收谱，得到消除了湿度影响的待测样品的太赫兹光谱； (?)检测太赫兹时域光谱数据中是否存在回波，如果存在，则通过主波和回波进行比较得到回波的幅频谱；再根据相频谱，得到回波和主波的时间间隔，消除回波对光谱的影响；如果检测到太赫兹时域光谱中含有多个回波，则进行多层次回波消除； (iii)利用小波变换方法，对光谱进行小波分解，去除含有基线漂移和高频噪声的小波分量，对剩下的小波分量进行恢复光谱，获得光谱的去噪。3.权利要求1所述方法的便携式分析装置，包括外壳、设置在外壳中的单片机、与所述单片机相连的通信接口、触屏液晶显示屏、按键和ROM存储器、SD卡槽，还包括用于固化所述化学品特征光谱数据库及其相应匹配方法的第一存储器、用于存储光谱数据及计算结果的第二存储器、环 境参数探测系统；所述的环境参数探测系...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑小平，姜兆宇，刘梦婷，程远，
申请(专利权)人：清华大学，北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11