基于THz时域光谱技术的木材分类识别与含水率预测
发布时间：2021-07-23 07:57
木材是重要的生活资源,对木材的分类识别和含水率检测是木材合理利用的前提。研究先进的木材识别和含水率检测方法具有重要的科学意义和应用价值,也是木材科学发展的重要部分。THz波有着较强的光谱分辨率以及安全性,在物质检测方面具有广阔的应用前景。研究THz技术在木材检测领域的可行性,能够对传统木材检测方法进行有效的补充和发展。本文以木材分类识别与含水率检测为背景,对木材THz光谱特征提取、分类识别、回归预测建模方法进行了研究,主要工作包括以下几个方面:1)建立了基于THz时域光谱技术（THz-TDS）的木材分类识别模型。对四种性质结构差异较大的普通木材（赤松（Pinus densiflora）、杉木（Cunninghamia）、樟子松（Pinus sylvestris）、花旗松（Douglas fir））和五种外观及结构相似的珍稀红木（巴里黄檀（Dalbergia bariensis）、奥氏黄檀（Dalbergia oliveri）、交趾黄檀（Dalbergia cochinchinensis）、大叶紫檀（Bois de rose）、小叶紫檀（Pterocarpus santalinus））提...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
透射式THz-TDS原理图
?反射式?ＴＨｚ－ＴＤＳ??当被测样品较厚导致ＴＨｚ脉冲难以穿透或对于ＴＨｚ脉冲的吸收强度较高时，ＴＨｚ－ＴＤＳ系统难以获取可用的被测样品ＴＨｚ时域光谱，此时采用反射式ＴＨ能够较好地采集被测样品ＴＨｚ时域光谱。??射式ＴＨｚ－ＴＤＳ系统的工作原理和透射式ＴＨｚ－ＴＤＳ系统基本相同，相比于透ｚ－ＴＤＳ系统，反射式ＴＨｚ－ＴＤＳ系统将被测样品水平置于ＴＨｚ脉沖发射器与ＴＨ收器之间，使被测样品与入射ＴＨｚ脉冲夹角小于９０°，ＴＨｚ脉冲在被测样品反射，通过采集被测样品反射的ＴＨｚ脉冲来获取样品的ＴＨｚ时域光谱，反ｚ－ＴＤＳ系统原理图如图２．３所示。反射式ＴＨｚ－ＴＤＳ对于参考光谱的测量较为放置样品的位置放置和样品的表面情况相似的反射镜，为防止产生相位误参考反射镜置于和被测样品相同的位置（Ｚｈａｎｇ?ＬＬ，?ＺｈｏｎｇＨ等，２０１２）。ｚ－ＴＤＳ系统光路的微小变化都会引起测得的ＴＨｚ折射光谱的改变，在经过测谱或样品光谱时不可避免会造成光路的变化，因此反射式ＴＨｚ－ＴＤＳ应用范限。??
?２．５??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＴＨｚ??图３．３四种木材ＴＨｚ频域光谱??Ｆｉｇｕｒｅ?３．３?ＴＨｚ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｄｏｍａｉｎ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｗｏｏｄ??３．２．２?ＴＨｚ光学参数提取??根据公式（２－８）和公式（２－９），计算得到四种木材的吸收系数谱和折射率谱，分??别如图３．４、图３．５所示。由于０－０．２ＴＨＺ频段之间和１．５ＴＨＺ频段之后有着较为明显??噪声导致数据可信度较低，因此选择０．２－１．５ＴＨＺ频段之间的数据进行处理和分析。??对ＴＨｚ吸收系数谱进行分析可以看出，四种木材类型对ＴＨｚ波的吸收强度以及??吸收峰出现的位置各不相同，表明根据ＴＨｚ吸收系数谱建立木材分类识別模型具有??一定的可行性。在０－０．６ＴＨＺ频段之间，四种木材的吸收系数波形趋势相近，在０．６ＴＨｚ??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用太赫兹时域光谱定性鉴别不同品种的苜蓿的研究（英文）[J]. 王芳,郭帅,赵景峰,夏红岩,宝日玛,詹洪磊,王嘉妮. 光谱学与光谱分析. 2018(11)
[2]基于ATR-THz波谱的劣变花生快速无损鉴别研究[J]. 王冬,王纪华,吴静珠,刘龙海,韩平,张鹤冬. 农产品质量与安全. 2018(04)
[3]随机森林算法在树木年轮图像分割中的应用[J]. 宁霄,赵鹏. 林业工程学报. 2018(04)
[4]夹心式太赫兹微流控芯片[J]. 范宁,苏波,武亚雄,张宏飞,张聪,张盛博,张存林. 光谱学与光谱分析. 2018(05)
[5]不同含水率下木材尺寸变化的近红外光谱研究[J]. 王立双,张文博,仝莉. 光谱学与光谱分析. 2018(04)
[6]基于THz光谱和多信息融合的小麦品质无损检测研究[J]. 葛宏义,蒋玉英,张元,廉飞宇. 光谱学与光谱分析. 2017(11)
[7]基于太赫兹光谱技术的D-无水葡萄糖定性定量分析研究[J]. 李斌,龙园,刘海顺,赵春江. 光谱学与光谱分析. 2017(07)
[8]基于太赫兹时域成像技术的三合板检测[J]. 徐雨田,蒋玲,虞江萍. 山西电子技术. 2017(02)
[9]利用低温NMR技术测定木材及其热处理材纤维饱和点[J]. 周凡丁,高鑫,蔡家斌,庄寿增,周洪杰. 波谱学杂志. 2017(01)
[10]光谱匹配算法应用于鸡血藤与大血藤的太赫兹光谱区分[J]. 徐哲,何明霞,李鹏飞,王鹏騛. 光谱学与光谱分析. 2017(01)
博士论文
[1]太赫兹时域光谱技术在转基因物质检测上的识别方法研究[D]. 刘建军.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]基于近红外光谱法检测木材含水率的方法研究[D]. 韩雨杉.东北林业大学 2016
[2]近红外光谱技术在珍稀木材鉴别领域的研究与应用[D]. 张雯雅.浙江农林大学 2015
[3]聚丙烯基木塑复合材料中生物质含量的红外光谱分析研究[D]. 劳万里.中国林业科学研究院 2015
[4]木材的太赫兹波光谱特性及参数提取算法研究[D]. 马欣然.东北林业大学 2015
[5]基于近红外光谱技术的木材识别初步研究[D]. 刘亚娜.中国林业科学研究院 2014
[6]小麦蛋白质近红外模型的建立及特异种质资源筛选与分析[D]. 温亮.华中农业大学 2009
本文编号：3298901
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
透射式THz-TDS原理图
?反射式?ＴＨｚ－ＴＤＳ??当被测样品较厚导致ＴＨｚ脉冲难以穿透或对于ＴＨｚ脉冲的吸收强度较高时，ＴＨｚ－ＴＤＳ系统难以获取可用的被测样品ＴＨｚ时域光谱，此时采用反射式ＴＨ能够较好地采集被测样品ＴＨｚ时域光谱。??射式ＴＨｚ－ＴＤＳ系统的工作原理和透射式ＴＨｚ－ＴＤＳ系统基本相同，相比于透ｚ－ＴＤＳ系统，反射式ＴＨｚ－ＴＤＳ系统将被测样品水平置于ＴＨｚ脉沖发射器与ＴＨ收器之间，使被测样品与入射ＴＨｚ脉冲夹角小于９０°，ＴＨｚ脉冲在被测样品反射，通过采集被测样品反射的ＴＨｚ脉冲来获取样品的ＴＨｚ时域光谱，反ｚ－ＴＤＳ系统原理图如图２．３所示。反射式ＴＨｚ－ＴＤＳ对于参考光谱的测量较为放置样品的位置放置和样品的表面情况相似的反射镜，为防止产生相位误参考反射镜置于和被测样品相同的位置（Ｚｈａｎｇ?ＬＬ，?ＺｈｏｎｇＨ等，２０１２）。ｚ－ＴＤＳ系统光路的微小变化都会引起测得的ＴＨｚ折射光谱的改变，在经过测谱或样品光谱时不可避免会造成光路的变化，因此反射式ＴＨｚ－ＴＤＳ应用范限。??
?２．５??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＴＨｚ??图３．３四种木材ＴＨｚ频域光谱??Ｆｉｇｕｒｅ?３．３?ＴＨｚ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｄｏｍａｉｎ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｗｏｏｄ??３．２．２?ＴＨｚ光学参数提取??根据公式（２－８）和公式（２－９），计算得到四种木材的吸收系数谱和折射率谱，分??别如图３．４、图３．５所示。由于０－０．２ＴＨＺ频段之间和１．５ＴＨＺ频段之后有着较为明显??噪声导致数据可信度较低，因此选择０．２－１．５ＴＨＺ频段之间的数据进行处理和分析。??对ＴＨｚ吸收系数谱进行分析可以看出，四种木材类型对ＴＨｚ波的吸收强度以及??吸收峰出现的位置各不相同，表明根据ＴＨｚ吸收系数谱建立木材分类识別模型具有??一定的可行性。在０－０．６ＴＨＺ频段之间，四种木材的吸收系数波形趋势相近，在０．６ＴＨｚ??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用太赫兹时域光谱定性鉴别不同品种的苜蓿的研究（英文）[J]. 王芳,郭帅,赵景峰,夏红岩,宝日玛,詹洪磊,王嘉妮. 光谱学与光谱分析. 2018(11)
[2]基于ATR-THz波谱的劣变花生快速无损鉴别研究[J]. 王冬,王纪华,吴静珠,刘龙海,韩平,张鹤冬. 农产品质量与安全. 2018(04)
[3]随机森林算法在树木年轮图像分割中的应用[J]. 宁霄,赵鹏. 林业工程学报. 2018(04)
[4]夹心式太赫兹微流控芯片[J]. 范宁,苏波,武亚雄,张宏飞,张聪,张盛博,张存林. 光谱学与光谱分析. 2018(05)
[5]不同含水率下木材尺寸变化的近红外光谱研究[J]. 王立双,张文博,仝莉. 光谱学与光谱分析. 2018(04)
[6]基于THz光谱和多信息融合的小麦品质无损检测研究[J]. 葛宏义,蒋玉英,张元,廉飞宇. 光谱学与光谱分析. 2017(11)
[7]基于太赫兹光谱技术的D-无水葡萄糖定性定量分析研究[J]. 李斌,龙园,刘海顺,赵春江. 光谱学与光谱分析. 2017(07)
[8]基于太赫兹时域成像技术的三合板检测[J]. 徐雨田,蒋玲,虞江萍. 山西电子技术. 2017(02)
[9]利用低温NMR技术测定木材及其热处理材纤维饱和点[J]. 周凡丁,高鑫,蔡家斌,庄寿增,周洪杰. 波谱学杂志. 2017(01)
[10]光谱匹配算法应用于鸡血藤与大血藤的太赫兹光谱区分[J]. 徐哲,何明霞,李鹏飞,王鹏騛. 光谱学与光谱分析. 2017(01)
博士论文
[1]太赫兹时域光谱技术在转基因物质检测上的识别方法研究[D]. 刘建军.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]基于近红外光谱法检测木材含水率的方法研究[D]. 韩雨杉.东北林业大学 2016
[2]近红外光谱技术在珍稀木材鉴别领域的研究与应用[D]. 张雯雅.浙江农林大学 2015
[3]聚丙烯基木塑复合材料中生物质含量的红外光谱分析研究[D]. 劳万里.中国林业科学研究院 2015
[4]木材的太赫兹波光谱特性及参数提取算法研究[D]. 马欣然.东北林业大学 2015
[5]基于近红外光谱技术的木材识别初步研究[D]. 刘亚娜.中国林业科学研究院 2014
[6]小麦蛋白质近红外模型的建立及特异种质资源筛选与分析[D]. 温亮.华中农业大学 2009
本文编号：3298901
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