一种在大气环境下测量非金属材料厚度的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种在大气环境下测量非金属材料厚度的方法及系统，属于厚度测量技术领域。先分别在干燥环境或者氮气环境和大气环境下测量空气的时域信号，并对两种环境下的时域信号均进行傅里叶变换，以确定太赫兹波在潮湿空气中的传播函数。然后在大气环境下测量待测样品的时域信号，并对样品时域信号进行傅里叶变换，得到样品频域信号，利用传播函数对样品频域信号进行重构以及傅里叶逆变换，得到干燥环境或者氮气环境下待测样品的重构时域信号。最后根据第一时域信号和重构时域信号计算待测样品的厚度，从而无需在干燥环境下测量，而能够在大气环境下利用太赫兹时域光谱技术实现非金属材料厚度的准确测量。现非金属材料厚度的准确测量。现非金属材料厚度的准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种在大气环境下测量非金属材料厚度的方法及系统


[0001]本专利技术涉及厚度测量
，特别是涉及一种利用太赫兹时域光谱技术在大气环境下测量非金属材料厚度的方法及系统。

技术介绍

[0002]非金属材料包括陶瓷、涂层、纸张、塑料管材等，是工业生产、人民生活所必需的基础材料。其中，厚度是非金属材料产品最重要的指标，关乎使用和维护过程中的可靠性。因此，厚度的高精度检测技术，对非金属材料产品质量控制和使用过程监测具有重要意义。
[0003]太赫兹波，其频率为0.1THz～10THz，波长为0.03mm～3mm。太赫兹时域光谱技术是一种具有巨大潜力的非金属材料厚度测量技术，具有无损、快速、非接触、高精度的特点，太赫兹时域光谱技术根据被测样品中回波峰和主峰的延迟时间计算被测样品的厚度。然而，空气中的水分对太赫兹波具有强烈的吸收，大气环境下的太赫兹时域信号尾段由于水汽的吸收产生了杂散振荡，掩盖了非金属材料的回波峰，上述现象使得太赫兹时域光谱技术仅能应用在干燥空气和氮气等特殊环境下的非金属材料的厚度测量，限制了其工业现场的应用。
[0004]因此，亟需一种可以在大气环境下利用太赫兹时域光谱技术测量非金属材料厚度的方法及系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种在大气环境下测量非金属材料厚度的方法及系统，能够在大气环境下利用太赫兹时域光谱技术实现非金属材料厚度的准确测量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种在大气环境下测量非金属材料厚度的方法，所述方法包括：
[0008]在干燥环境或者氮气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量干燥空气的时域信号，得到第一时域信号；在大气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量潮湿空气的时域信号，得到第二时域信号；分别对所述第一时域信号和所述第二时域信号进行傅里叶变换，得到第一频域信号和第二频域信号；根据所述第一频域信号和所述第二频域信号确定太赫兹波在潮湿空气中的传播函数；
[0009]在大气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量待测样品的时域信号，得到样品时域信号；所述待测样品的材料为非金属材料；
[0010]对所述样品时域信号进行傅里叶变换，得到样品频域信号；利用所述传播函数对所述样品频域信号进行重构，得到干燥环境或者氮气环境下所述待测样品的重构频域信号；对所述重构频域信号进行傅里叶逆变换，得到干燥环境或者氮气环境下所述待测样品的重构时域信号；
[0011]根据所述第一时域信号和所述重构时域信号计算所述待测样品的厚度。
[0012]一种在大气环境下测量非金属材料厚度的系统，所述系统包括：
[0013]传播函数确定模块，用于在干燥环境或者氮气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量干燥空气的时域信号，得到第一时域信号；在大气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量潮湿空气的时域信号，得到第二时域信号；分别对所述第一时域信号和所述第二时域信号进行傅里叶变换，得到第一频域信号和第二频域信号；根据所述第一频域信号和所述第二频域信号确定太赫兹波在潮湿空气中的传播函数；
[0014]样品时域信号采集模块，用于在大气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量待测样品的时域信号，得到样品时域信号；所述待测样品的材料为非金属材料；
[0015]重构模块，用于对所述样品时域信号进行傅里叶变换，得到样品频域信号；利用所述传播函数对所述样品频域信号进行重构，得到干燥环境或者氮气环境下所述待测样品的重构频域信号；对所述重构频域信号进行傅里叶逆变换，得到干燥环境或者氮气环境下所述待测样品的重构时域信号；
[0016]厚度计算模块，用于根据所述第一时域信号和所述重构时域信号计算所述待测样品的厚度。
[0017]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0018]本专利技术用于提供一种在大气环境下测量非金属材料厚度的方法及系统，在干燥环境或者氮气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量干燥空气的时域信号，得到第一时域信号，在大气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量潮湿空气的时域信号，得到第二时域信号，分别对第一时域信号和第二时域信号进行傅里叶变换，得到第一频域信号和第二频域信号，根据第一频域信号和第二频域信号确定太赫兹波在潮湿空气中的传播函数。然后在大气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量待测样品的时域信号，得到样品时域信号，对样品时域信号进行傅里叶变换，得到样品频域信号，利用传播函数对样品频域信号进行重构，得到干燥环境或者氮气环境下待测样品的重构频域信号，对重构频域信号进行傅里叶逆变换，得到干燥环境或者氮气环境下待测样品的重构时域信号。最后根据第一时域信号和重构时域信号计算待测样品的厚度，从而无需在干燥环境下测量，而能够在大气环境下利用太赫兹时域光谱技术实现非金属材料厚度的准确测量。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例1所提供的测量方法的方法流程图；
[0021]图2为本专利技术实施例1所提供的干燥环境下第一时域信号的光谱图；
[0022]图3为本专利技术实施例1所提供的干燥环境下第一频域信号的幅频图；
[0023]图4为本专利技术实施例1所提供的干燥环境下第一频域信号的相频图；
[0024]图5为本专利技术实施例1所提供的大气环境下第二时域信号的光谱图；
[0025]图6为本专利技术实施例1所提供的大气环境下第二频域信号的幅频图；
[0026]图7为本专利技术实施例1所提供的大气环境下第二频域信号的相频图；
[0027]图8为本专利技术实施例1所提供的传播函数的幅频图；
[0028]图9为本专利技术实施例1所提供的大气环境下PTFE板状样品的样品时域信号的光谱图；
[0029]图10为本专利技术实施例1所提供的大气环境下PTFE板状样品的样品频域信号的幅频图；
[0030]图11为本专利技术实施例1所提供的大气环境下PTFE板状样品的样品频域信号的相频图；
[0031]图12为本专利技术实施例1所提供的重构频域信号的幅频图；
[0032]图13为本专利技术实施例1所提供的重构频域信号的相频图；
[0033]图14为本专利技术实施例1所提供的重构时域信号的光谱图；
[0034]图15为本专利技术实施例2所提供的测量系统的系统框图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]本专利技术的目的是提供一种在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在大气环境下测量非金属材料厚度的方法，其特征在于，所述方法包括：在干燥环境或者氮气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量干燥空气的时域信号，得到第一时域信号；在大气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量潮湿空气的时域信号，得到第二时域信号；分别对所述第一时域信号和所述第二时域信号进行傅里叶变换，得到第一频域信号和第二频域信号；根据所述第一频域信号和所述第二频域信号确定太赫兹波在潮湿空气中的传播函数；在大气环境下，利用太赫兹时域光谱技术测量待测样品的时域信号，得到样品时域信号；所述待测样品的材料为非金属材料；对所述样品时域信号进行傅里叶变换，得到样品频域信号；利用所述传播函数对所述样品频域信号进行重构，得到干燥环境或者氮气环境下所述待测样品的重构频域信号；对所述重构频域信号进行傅里叶逆变换，得到干燥环境或者氮气环境下所述待测样品的重构时域信号；根据所述第一时域信号和所述重构时域信号计算所述待测样品的厚度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一频域信号和所述第二频域信号确定太赫兹波在潮湿空气中的传播函数具体包括：计算所述第二频域信号和所述第一频域信号的第一比值，所述第一比值即为太赫兹波在潮湿空气中的传播函数。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述传播函数包括：其中，T(ω，L)为传播函数；E
wet
‑
air
(ω)为第二频域信号；E
dry
‑
air
(ω)为第一频域信号；为潮湿空气的复折射率；为干燥空气的复折射率；ω为角频率；L为传输距离。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述传播函数对所述样品频域信号进行重构，得到干燥环境或者氮气环境下所述待测样品的重构频域信号具体包括：计算所述样品频域信号和所述传播函数的第二比值，所述第二比值即为干燥环境或者氮气环境下所述待测样品的重构频域信号。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述重构频域信号为：其中，E
dry
‑
sam
(ω)为重构频域信号；E
wet
‑
sam
(ω)为样品频域信号；T...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泉澄，尚丽平，邓琥，武志翔，熊亮，屈薇薇，李占锋，何俊，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：