基于太赫兹时域光谱及其成像的胶囊检测技术研究

发布时间：2020-07-23 18:36

【摘要】：太赫兹技术在无损探伤、生物医疗、安全检测等多个领域有着良好的发展前景,备受国内外专家学者的关注。在太赫兹时域光谱成像中,每个像素点包含了整个太赫兹脉冲的时间波形,太赫兹成像技术不但能对被检测物体的形状进行辨认,而且可以通过各个像素的光谱信息来辨识成分。本文以胶囊类药品为主要研究对象,主要研究内容如下:(1)获取了氧氟沙星样品的THz时域光谱数据,计算获取了折射率系数、吸收系数以及时域和频域光谱图,通过密度泛函仿真实验,对氧氟沙星样品的理论吸收峰来源进行了分析,并指认了THz波段的振动来源。(2)研究了THz光谱的胶囊分类与检测,获取诺氟沙星、氧氟沙星等15种样品的THz光谱,对比分析了不同样品对太赫兹波的吸收差异,之后,采用支持向量机建模,实现了多种样品的分类识别。基于网格搜索算法、粒子群算法和遗传算法对分类参数进行优化,并比较分析了各个算法的性能。(3)开发了一套基于THz光谱的在线检测识别系统,实现了物质在线实验检测与识别。搭建了THz光谱系统网站,实现了基于云网络的THz光谱在线检测功能。(4)研究了THz光谱成像技术的原理及不同成像方法,检测分析了不同填充情况下药品胶囊的THz光谱成像结果,实现了空胶囊检测。对比分析了不同药品胶囊的THz成像结果差异,为鉴别药品真伪及种类奠定了基础。基于粒子群算法和遗传算法优化的支持向量机对样品的成像数据进行建模,实现了成像样品的分类检测与识别,为物质检测提供了一种新的思路。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;R927.1
【图文】：

波形,程序界面

其中激光中心波长 810nm，最小工作波长为 600nm，最大为 1100nm，输出功率为 920mW，脉宽 100fs，重复频率为 82MHz。根据图 2.1，THz-TDS 系统的工作过程简述如下：飞秒激光器产生的激光脉冲经调制后通过分束镜后，被分为两束，光束一是泵浦光，光束二是探测光。泵浦光经过时间延迟系统时，会激发 GaAs，产生的 THz 脉冲通过一组抛物面镜射向被测样品。另一束光路探测光，与透射过样品的泵浦光一起透过碲化锌，探测光经过非线性光电效应调制探测器时，探测品体的偏振态被改变，通过偏振检测以及探测光的相对延迟时间获得含有样品信息的 THz 的电场波形，最后由锁相放大器输入电脑中。整个实验在室温下(22.1℃)进行，整个 THz 光路在氮气环境下进行[32]，实验系统光路图如附录 B所示。在整个实验数据采集过程中，实验设备控制软件由官方提供，通过 RS-23串口从 MVDSP 模块中采集来自锁相放大器的电压信号，并显示在示波器控件上。当扫描实验结束，该程序还会自动将时域信息进行快速傅里叶变换(FFT)得到对应的频域谱，操作界面如图 2.2 所示。

实物,二维,驱动系统

中国计量大学硕士学位论文2.3 二维平移台驱动系统设计太赫兹脉冲辐射源位置是固定不变的，由于成像实验是对被测样品的区域进行扫描，所以在成像实验时，需要移动被测样品实现 THz 脉冲全辐射。除此外，需要将采集数据进行存储。在数据存储上，由于数据量大，文件多，人为操作极易出错。为解决此类问题发生，通过增加二维平移台系统，完成数据自动采集及存储，方便快捷，安全高效。如图 2.3 所示，二维平移台装置主要由两部分组成。硬件部分为滚轴丝杠交叉组合套件，滚轴丝杠电机驱动模块由驱动系统完成，驱动系统如图 2.4 所示，软件部分主要控制数据采集及存储，控制程序如图 2.5 所示，软硬件系统协同工作，完成成像数据的采集及存储。

驱动板,二维

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