基于太赫茲時(shí)域譜物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)(Terahertz time domain spectroscopy,THz-TDS)應(yīng)用于物質(zhì)探測(cè)時(shí)，由于THz波特有的時(shí)域光譜分辨能力和無(wú)損探測(cè)能力，因此THz技術(shù)將為物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)帶來(lái)廣闊前景。本文結(jié)合THz-TDS光譜實(shí)驗(yàn)，對(duì)THz光學(xué)參數(shù)計(jì)算、THz光譜預(yù)處理、THz光譜的物質(zhì)分類識(shí)別、THz光譜的物質(zhì)定量分析等問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　本文的主要研究工作如下：
　　首先進(jìn)行了四類物質(zhì)的THz-

2、TDS實(shí)驗(yàn)。觀察到不同溫度的牛血清白蛋白(BSA)樣本的THz光譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)THz吸收光譜可以反映蛋白質(zhì)分子內(nèi)部構(gòu)象解析疊及變性問題。采用自制氣室的THz-TDS系統(tǒng)，對(duì)甲醇?xì)怏w進(jìn)行了THz實(shí)驗(yàn)，觀察到這種有機(jī)氣體在THz波段有明顯的吸收峰。通過THz-TDS實(shí)驗(yàn)獲得了以鐵觀音、龍井、碧螺春、黃山毛峰、普洱茶、祁門紅茶為代表的六種茶葉的THz吸收光譜。對(duì)三類爆炸物(DNT，RDX，HMX)進(jìn)行THz時(shí)域光譜實(shí)驗(yàn)，獲得它們?cè)?.1～0.25

3、THz范圍的THz吸收光譜。同時(shí)在光譜預(yù)處理階段，比較分析了一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)基線處理方式，同時(shí)比較了基于軟閾值濾波和硬閾值濾波小波去噪方式的優(yōu)劣。
　　其次，對(duì)BSA的THz時(shí)域光譜和介電光譜參數(shù)采用主成分分析方法進(jìn)行降維處理。結(jié)果表明，介電損耗正切角比吸收系數(shù)、折射率和介電譜虛部的得分更能夠反映BSA與溫度的相關(guān)關(guān)系。利用介電損耗正切角的得分系數(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并基于歐氏距離和擇近原則模糊識(shí)別方法，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行了成功識(shí)別

4、。研究結(jié)果獲得了一種不同溫度狀態(tài)下BSA新的識(shí)別方法。
　　然后對(duì)甲醇?xì)怏w太赫茲光譜的定量分析過程中，提出采用結(jié)合遺傳算法和粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)太赫茲吸收光譜進(jìn)行處理。分析結(jié)果表明，采用遺傳算法優(yōu)化BP網(wǎng)絡(luò)的初始值和閾值的方式，比傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法收斂速度更快，網(wǎng)絡(luò)值與實(shí)際值的相關(guān)性更好，并且預(yù)測(cè)誤差更小。而粒子群算法優(yōu)化BP網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的相關(guān)系數(shù)更高，而且收斂速度更快。因此采用粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技

5、術(shù)，是對(duì)甲醇類氣態(tài)小分子有機(jī)物的太赫茲光譜定量分析問題更加有效的方法。
　　最后，由于傳統(tǒng)的支持向量機(jī)(SVM)以及最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)對(duì)多組分茶葉的太赫茲光譜識(shí)別存在誤差率偏高的問題，分別采用遺傳算法和粒子群算法對(duì)向量機(jī)核參數(shù)尋優(yōu)，研究結(jié)果表明，結(jié)合了粒子群尋優(yōu)的LS-SVM模型，是一種降低多組分茶葉識(shí)別誤差的方法。由于背景偏移和噪聲問題，導(dǎo)致原始茶葉THz光譜重疊率較高的問題，采用偏最小二乘法對(duì)THz光譜先進(jìn)行降