一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统及方法。该系统包括：太赫兹收发模块、太赫兹样品室、太赫兹探测模块和服务器；所述太赫兹收发模块用于辐射扫频宽带太赫兹信号，并分别探测太赫兹样品室中校准件的反射太赫兹信号和待测样品的反射太赫兹信号，所述太赫兹探测模块用于分别探测校准件的透射太赫兹信号和待测样品的透射太赫兹信号，所述服务器用于根据太赫兹收发模块和太赫兹探测模块探测的结果获得待测样品的反射太赫兹谱和待测样品的透射太赫兹谱，再对待测样品进行定性分析和定量分析。行定性分析和定量分析。行定性分析和定量分析。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统及方法


[0001]本专利技术属于非接触式物质检测领域，具体涉及一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]太赫兹波是指频率范围为0.1THz～10THz，波长范围为0.03mm～3mm介于无线电波和光波之间的电磁辐射，具有携带信息丰富，亚皮秒量级脉宽、高时空相干性、低光子能量、穿透性强、使用安全性高、定向性好、大带宽等特性，在国防、国土安全、天文、医疗、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。
[0004]自然界中大部分物质在太赫兹频段具有明显响应，如许多生物大分子的振动和转动能级，半导体及超导材料等的声子振动能级都在太赫兹频段；大部分非极性材料在太赫兹波段没有明显的吸收，太赫兹辐射对于这些材料有非常强的穿透能力；许多大材料分子振动光谱在太赫兹波段存在很多特征吸收峰，这使得太赫兹频段在物质检测分析领域具有广泛应用的基础。太赫兹频段具有一定的穿透能力，与X射线等波段不同的是，太赫兹频段的光子能量非常低，1THz电磁辐射的单光子能量只有4.1meV，不及X射线电磁辐射单光子能量的百万分之一，因此不会对物质造成损害，从而达到物质无损测试的目的。基于以上优点，太赫兹波成为发现物质、认知物质的一种电磁媒介。
[0005]太赫兹技术应用中，利用太赫兹指纹谱进行物质无标志识别极具潜力。为了实现待测样品的检测识别，传统的TDS设备主要有太赫兹信号产生单元、样本室、太赫兹探测单元、太赫兹信号采集单元以及太赫兹信号处理单元：
[0006]太赫兹辐射源能够产生特定频率及功率的太赫兹连续波。
[0007]太赫兹样品室一般包括精密控制设备实现太赫兹信号能够精准透过样品。
[0008]太赫兹探测器能够实现样品反射/透射太赫兹信号的高灵敏度探测。
[0009]数据采集设备通常具备较高的采样频率，实现太赫兹信号的离散化采集。
[0010]服务器一般是一台计算机，可以接收来自于太赫兹采集设备发送的太赫兹信号，并对其进行数据处理、执行检测识别算法、调用太赫兹谱数据库实现样品检测识别。
[0011]传统基于TDS单一反射或透射模式的太赫兹物质检测识别算法仅仅依靠样品反射或透射太赫兹波进行物质太赫兹特征谱的估计，其分辨率仅能达到2GHz量级，导致大部分物质检测识别算法存在特征吸收峰提取困难、检测概率低、信噪比低、测试结果可靠性差等缺陷，无法满足太赫兹物质高精度检测识别的应用需求。

技术实现思路

[0012]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统及方法，该方法基于待测样品的反射谱与透射谱实现待测样品在0.1THz～1.5THz频段太赫
兹特征谱的高分辨率(最优1Hz)检测识别。
[0013]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0014]第一个方面，本专利技术提供了一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统。
[0015]一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统，包括太赫兹收发模块、太赫兹样品室、太赫兹探测模块和服务器；
[0016]所述太赫兹收发模块用于辐射扫频宽带太赫兹信号，并分别探测太赫兹样品室中校准件的反射太赫兹信号和待测样品的反射太赫兹信号，所述太赫兹探测模块用于分别探测校准件的透射太赫兹信号和待测样品的透射太赫兹信号，所述服务器用于根据太赫兹收发模块和太赫兹探测模块探测的结果获得待测样品的反射太赫兹谱和待测样品的透射太赫兹谱，再对待测样品进行定性分析和定量分析。
[0017]进一步的，所述太赫兹收发模块与太赫兹样品室之间设有太赫兹波合束模块，所述太赫兹波合束模块用于将太赫兹收发模块辐射的扫频宽带太赫兹信号准聚焦在样品室上，同时将太赫兹样品室中反射的太赫兹信号进行分束处理，得到的校准件反射太赫兹信号和待测样品反射太赫兹信号反射回太赫兹收发模块。
[0018]进一步的，所述太赫兹样品室和太赫兹探测模块之间设有太赫兹波分束模块，所述太赫兹波分束模块用于将太赫兹样品室中透射的太赫兹信号进行分束处理，得到的校准件透射太赫兹信号和待测样品透射太赫兹信号反射回太赫兹探测模块。
[0019]进一步的，所述太赫兹收发模块与服务器之间设有反射信号条理采集模块，所述反射信号条理采集模块用于按照设定的参数对校准件的反射太赫兹信号和待测样品的反射太赫兹信号进行离散采样并发送给服务器。
[0020]进一步的，所述太赫兹收发模块与服务器之间设有透射信号条理采集模块，所述透射信号条理采集模块用于按照设定的参数对校准件的透射太赫兹信号和待测样品的透射太赫兹信号进行离散采样并发送给服务器。
[0021]第二个方面，本专利技术提供了一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别方法。
[0022]一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别方法，包括：
[0023]分别对校准件和待测样品进行太赫兹波反射和透射测量，获得校准件反射太赫兹信号、待测样品反射太赫兹信号、校准件透射太赫兹信号和待测样品透射太赫兹信号；
[0024]提取待测样品的太赫兹特征谱，计算待测样品的太赫兹特征谱矩阵；
[0025]根据待测样品的太赫兹特征谱矩阵和样品太赫兹谱数据库，对待测样品进行定性分析；
[0026]采用Lorentzian共振基函数和背景吸收函数组成的混合模型对待测样品的太赫兹吸收谱进行定量分析。
[0027]进一步的，所述待测样品的太赫兹特征谱包括待测样品反射太赫兹谱和待测样品透射太赫兹谱。
[0028]进一步的，所述待测样品反射太赫兹谱的提取包括：
[0029]分别对校准件反射太赫兹信号和样品反射太赫兹信号进行重构；
[0030]采用小波网络分别对重构后的校准件反射太赫兹信号和样品反射太赫兹信号进行无效点检测，抑制无效信号，得到检测后的校准件反射太赫兹信号和样品反射太赫兹信号；
[0031]利用希尔伯特变换对检测后的校准件反射太赫兹信号和样品反射太赫兹信号进行频谱优化，计算待测样品反射太赫兹谱矩阵。
[0032]进一步的，所述待测样品透射太赫兹谱的提取包括：
[0033]分别对校准件透射太赫兹信号和样品透射太赫兹信号进行重构；
[0034]采用小波网络分别对重构后的校准件透射太赫兹信号和样品透射太赫兹信号进行无效点检测，抑制无效信号，得到检测后的校准件透射太赫兹信号和样品透射太赫兹信号；
[0035]利用希尔伯特变换对检测后的校准件透射太赫兹信号和样品透射太赫兹信号进行频谱优化，计算待测样品透射太赫兹谱矩阵。
[0036]进一步的，所述待测样品定性分析包括：
[0037]获取待测样品的太赫兹特征谱矩阵，依次对待测样品的太赫兹特征谱矩阵进行相干计算、增强处理，得到优化后的待测样品的太赫兹特征谱矩阵；
[0038]采用主成分分析法对优化后的待测样品的太赫兹特征谱矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统，其特征在于，包括太赫兹收发模块、太赫兹样品室、太赫兹探测模块和服务器；所述太赫兹收发模块用于辐射扫频宽带太赫兹信号，并分别探测太赫兹样品室中校准件的反射太赫兹信号和待测样品的反射太赫兹信号，所述太赫兹探测模块用于分别探测校准件的透射太赫兹信号和待测样品的透射太赫兹信号，所述服务器用于根据太赫兹收发模块和太赫兹探测模块探测的结果获得待测样品的反射太赫兹谱和待测样品的透射太赫兹谱，再对待测样品进行定性分析和定量分析。2.根据权利要求1所述的非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统，其特征在于，所述太赫兹收发模块与太赫兹样品室之间设有太赫兹波合束模块，所述太赫兹波合束模块用于将太赫兹收发模块辐射的扫频宽带太赫兹信号准聚焦在样品室上，同时将太赫兹样品室中反射的太赫兹信号进行分束处理，得到的校准件反射太赫兹信号和待测样品反射太赫兹信号反射回太赫兹收发模块。3.根据权利要求1所述的非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统，其特征在于，所述太赫兹样品室和太赫兹探测模块之间设有太赫兹波分束模块，所述太赫兹波分束模块用于将太赫兹样品室中透射的太赫兹信号进行分束处理，得到的校准件透射太赫兹信号和待测样品透射太赫兹信号反射回太赫兹探测模块。4.根据权利要求1所述的非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统，其特征在于，所述太赫兹收发模块与服务器之间设有反射信号条理采集模块，所述反射信号条理采集模块用于按照设定的参数对校准件的反射太赫兹信号和待测样品的反射太赫兹信号进行离散采样并发送给服务器。5.根据权利要求1所述的非接触式物质太赫兹特征谱检测识别系统，其特征在于，所述太赫兹收发模块与服务器之间设有透射信号条理采集模块，所述透射信号条理采集模块用于按照设定的参数对校准件的透射太赫兹信号和待测样品的透射太赫兹信号进行离散采样并发送给服务器。6.一种非接触式物质太赫兹特征谱检测识别方法，其特征在于，分别对校准件和待测样品进行太赫兹波反射和透射测量，获得校准件反射太赫兹信号、待测样品反射太赫兹信号、校准件透射太赫兹信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓林，年夫顺，姜万顺，朱伟峰，邓建钦，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：