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太赫兹时域光谱及成像技术在农作物品质检测中的应用研究进展 被引量：15
1
作者 吴静珠 李晓琪 +3 位作者 孙丽娟 刘翠玲 孙晓荣 余乐 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期358-367,共10页
太赫兹辐射以其独特的技术优势,如瞬时性、宽带性、相干性、低能量性、穿透性和吸收性,受到了全世界各国政府、高等院校、科研机构等的高度重视并日趋成为生物医学、材料科学和物理学等领域的新兴研究热点。农作物成分如水分、蛋白、脂... 太赫兹辐射以其独特的技术优势,如瞬时性、宽带性、相干性、低能量性、穿透性和吸收性,受到了全世界各国政府、高等院校、科研机构等的高度重视并日趋成为生物医学、材料科学和物理学等领域的新兴研究热点。农作物成分如水分、蛋白、脂肪、淀粉等理论上在太赫兹谱区有较为丰富的吸收;太赫兹波的低辐射特性对农业生物样本检测更为安全;太赫兹波的穿透特性对带包装样本、包衣样本的检测又独具优势;太赫兹时域光谱与成像技术结合还可以进一步对农作物样本的组织形态进行辨别评价,因此太赫兹波技术逐渐成为农作物品质检测领域一项极具应用潜力和应用前景的前沿分析技术。简述了太赫兹时域光谱及成像技术的基本原理,聚焦于太赫兹时域光谱及成像技术在农作物品质检测领域的应用研究现状,对该技术在农作物种子质量鉴别(如品种、转基因和活力)、农作物成分分析(如糖类、水分和淀粉),农作物贮藏品质判别(如新陈度、劣变和虫蚀)以及在农产品安全检测(如农药残留、非法添加物和异物)方面的新近研究工作和进展进行归纳总结,并展望了该技术在农作物品质检测领域的应用前景和发展趋势。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱及成像技术 农作物种子质量 农作物成分 农作物贮藏 农产品安全
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基于太赫兹时域光谱椭偏技术的缬氨酸手性结构研究
2
作者 骆国防 齐济 +4 位作者 刘雅丽 何明霞 杨心刚 曲秋红 张逸竹 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2128-2133,共6页
介绍了一种太赫兹(THz)透射时域偏振检测系统及其标定方法,能够有效识别氨基酸对映体的光学特性。缬氨酸的D-型和L-型手性镜像结构的物理特性颇为相似,但在生物活性上存在明显不同。THz波段的电磁辐射具有独特的光谱特性,能够有效探测... 介绍了一种太赫兹(THz)透射时域偏振检测系统及其标定方法,能够有效识别氨基酸对映体的光学特性。缬氨酸的D-型和L-型手性镜像结构的物理特性颇为相似,但在生物活性上存在明显不同。THz波段的电磁辐射具有独特的光谱特性,能够有效探测生物分子的旋转和振动模式。通过THz时域光谱技术,结合偏振片和THz宽带相位变换器实现了THz时域光谱椭圆偏振术(THz-TDSE),该技术能够同时测量电场的相位和幅度,进而实现对THz波的偏振状态的精确控制,并从中提取椭圆偏振的相关参数。研究表明,在THz波段中,D-和L-缬氨酸的吸收谱虽呈现相似性,但在偏振片和波片的角度调控下,二者在高频信号区域的吸收系数出现显著差异。特别是当偏振片的角度设置为-45°时,D-缬氨酸的吸收系数显著高于L-缬氨酸,显示出其对电磁波更强的吸收能力。研究揭示了手性分子在特定偏振状态下的光谱响应机制,并验证了THz光谱椭圆偏振术在手性物质鉴别中的潜力,为THz光学技术在生物化学和材料科学领域的应用提供了新的方向。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱椭偏技术 太赫兹宽带相位变换器 手性物质 氨基酸
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基于太赫兹时域光谱技术的挥发性有机物吸附过程研究
3
作者 卢思扬 祝静 +3 位作者 谭志成 张雨婷 陈江琳 吴伟 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第2期254-262,共9页
在挥发性有机物处理领域,吸附法以其高效、经济的特性被广泛应用。提出了通过温度调控四种石墨烯类材料(还原氧化石墨烯rGO、氟化石墨烯FG、氧化石墨烯GO、羧基化氧化石墨烯GO COOH)及三种金属有机框架材料(ZIF-8、ZIF-67、MOF-177)对... 在挥发性有机物处理领域,吸附法以其高效、经济的特性被广泛应用。提出了通过温度调控四种石墨烯类材料(还原氧化石墨烯rGO、氟化石墨烯FG、氧化石墨烯GO、羧基化氧化石墨烯GO COOH)及三种金属有机框架材料(ZIF-8、ZIF-67、MOF-177)对乙醇的吸附-脱附过程的新思路。室温条件下监测吸附动力学过程,乙醇分子从游离态到吸附于吸附剂表面的吸附态。通过温度调控至46℃、66℃以及76℃的方法,利用太赫兹波对吸附态、脱附态(气态)乙醇的吸收不同,实时监测的乙醇分子从吸附-脱附平衡态到脱附状态的过程。通过调控温度,详细分析了太赫兹时域光谱(THz TDS)信号中光谱峰值的差异,THz-TDS明确证实了四种石墨烯类材料及三种金属有机框架材料与挥发性有机物乙醇所发生的吸附机制,这一发现对于理解吸附-脱附过程的动态平衡具有重要意义。同时,通过EP变化量间接评估了吸附量这一参数,其吸附量关系分别为Q_(GO-COOH)>Q_(FG)>Q_(GO)>Q_(rGO)和Q_(ZIF-8)>Q_(ZIF-67)>Q_(MOF-177),该吸附量的关系通过分析吸附剂的比表面积、表面官能团、总孔体积等理化性质得到了进一步验证。该研究不仅拓展了THz-TDS技术在吸附研究中的应用范围,也为挥发性有机物的高效处理提供了新思路。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 温度调控 吸附-脱附过程 吸附法 挥发性有机物
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太赫兹时域光谱技术在陈皮品质检测中的应用方法研究
4
作者 梁耀胜 《农业技术与装备》 2025年第4期70-71,74,共3页
通过对不同贮藏年份(1、3、5、10、15、20 a)的陈皮样品进行色泽测定、光谱数据采集与处理,结合多种化学计量学及机器学习算法模型,系统分析了陈皮品质随年份的变化规律。结果表明,贮藏年份显著影响陈皮的色泽参数(L、a、b值)及太赫兹... 通过对不同贮藏年份(1、3、5、10、15、20 a)的陈皮样品进行色泽测定、光谱数据采集与处理,结合多种化学计量学及机器学习算法模型,系统分析了陈皮品质随年份的变化规律。结果表明,贮藏年份显著影响陈皮的色泽参数(L、a、b值)及太赫兹光谱特性(吸收系数、折射率等),3~15 a样品的光谱变化尤为明显,20 a样品趋于稳定。说明太赫兹时域光谱技术能够敏感地检测陈皮的品质差异,揭示其内部成分与微观结构的动态演变规律,为中药材质量控制提供了科学依据。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱技术 新会陈皮 品质检测 光谱分析
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基于太赫兹时域光谱的淀粉品种分类研究
5
作者 魏涛 王恒 +4 位作者 葛宏义 蒋玉英 张元 温茜茜 郭春燕 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期1866-1873,共8页
淀粉作为一种主要的储存碳水化合物,是人类饮食中的主要能量来源,提供了人体50%以上的能量需求。同时,淀粉及其深加工行业是关乎国计民生的基础产业。然而,鉴于淀粉种类的多样化,并且它们在外观上相似度较高,直接对它们进行区分比较困难... 淀粉作为一种主要的储存碳水化合物,是人类饮食中的主要能量来源,提供了人体50%以上的能量需求。同时,淀粉及其深加工行业是关乎国计民生的基础产业。然而,鉴于淀粉种类的多样化,并且它们在外观上相似度较高,直接对它们进行区分比较困难,一些不法商家往往会将价格较低的淀粉包装成价格较高的淀粉来抬高价格。因此,对淀粉品种进行分类对我国食品加工和工业生产具有重要的实际应用意义。太赫兹(Terahertz,THz)技术作为一种高效的非破坏性、非接触和无标签的光学方法,在与物质作用时不会发生有害的电离辐射,可同时获得样品的吸收系数等光学参数,具有较高的信噪比和检测灵敏度,已被众多学者应用于农产品品质检测方面。为实现对淀粉品种的快速无损鉴别,从禾谷类淀粉与根茎类淀粉中选取了五种最为常见的淀粉样品作为样本,利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术获取其光谱信息,并根据实验数据计算了不同品种淀粉在0.2~1.2 THz波段的吸收系数;之后结合Savitzky-Golay(S-G)平滑、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)三种预处理方法对原始光谱进行处理。采用主成分分析(PCA)根据累计贡献率超过95%提取特征数据,选取了前3个主成分,随后应用支持向量机(SVM)方法建立多分类模型。选取了三种核函数(linear,radial basis functions,polynomial)对不同品种淀粉类型进行了识别。结果显示:PCA-SVM-polynomial结合SG平滑对淀粉品种分类建模效果最好,其中测试集平均准确率为0.9419,Kappa系数为0.933,F1得分为0.9417。此外,还将该方法与逻辑回归(LR)、决策树(DT)、随机森林(RF)进行了比较,研究结果表明PCA-SVM优于其他方法,也证明了太赫兹技术对淀粉品种鉴别的可行性,对食品加工业的现代化及淀粉基产品的开发具有重要的实际应用价值。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 淀粉 无损鉴别 多分类
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基于层次分析法的太赫兹时域光谱定性识别
6
作者 赵渺钰 燕芳 +1 位作者 李文文 刘洋硕 《红外技术》 北大核心 2025年第5期656-661,共6页
太赫兹时域光谱技术属于远红外光谱技术的一种,其光谱能够反映物质的内部特性,具有丰富的物理和化学信息,因此利用太赫兹波可对含氮元素的添加剂进行定性识别。层次分析法原用于解决评价类问题,本文将其引入太赫兹光谱定性分析领域,提... 太赫兹时域光谱技术属于远红外光谱技术的一种,其光谱能够反映物质的内部特性,具有丰富的物理和化学信息,因此利用太赫兹波可对含氮元素的添加剂进行定性识别。层次分析法原用于解决评价类问题,本文将其引入太赫兹光谱定性分析领域,提出一种结合层次分析法的太赫兹时域光谱定性识别方法,并采集数据对其进行验证。文中以6种添加剂作为实验样品,首先对采集到的太赫兹时域光谱数据进行预处理,将其转化为由峰值、峰位、峰数和整体趋势组成的数据集;然后将数据划分为对比集和测试集,构建结合层次分析法的添加剂定性识别模型,并进行参数寻优。结果表明,基于单一因素(即整体趋势、峰值、峰位、峰数)的添加剂定性识别精度分别为80.23%、70.93%、67.44%、40.70%,而基于多因素的层次分析定性识别方法识别精度可提升至92.44%。此外,在数据预处理阶段对吸收谱数据进行二值化模糊表征,并作为整体趋势的数据集,将层次分析定性识别模型与此种数据表征法结合后,识别精度可提至94.19%。研究结果证明了结合层次分析法的定性识别算法的有效性,且该法步骤简单,无需训练,适用于小样本的快速定性检测。 展开更多
关键词 层次分析 定性识别 太赫兹时域光谱技术 添加剂
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太赫兹时域光谱在物理电子实验教学中的应用探索
7
作者 邱岩 龚立榕 +1 位作者 胡龙 李永东 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第4期129-133,166,共6页
基于太赫兹时域光谱开展了物理电子学的实验教学探索,设计了“太赫兹时域光谱-物质质量分数测量”教学实验。以典型绝缘材料乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)样品为例,针对太赫兹波传输的基本光学常数和其中抗氧剂质量分数开展了实验测量和分... 基于太赫兹时域光谱开展了物理电子学的实验教学探索,设计了“太赫兹时域光谱-物质质量分数测量”教学实验。以典型绝缘材料乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)样品为例,针对太赫兹波传输的基本光学常数和其中抗氧剂质量分数开展了实验测量和分析。实验教学促进了学生对物理电子学理论知识的深入理解,并显著增强了其在跨学科情境中综合运用知识解决复杂问题的创新能力。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 物质质量分数测量 光学参数提取 定量分析
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太赫兹时域光谱成像增强算法
8
作者 王志勇 赵浩男 陈柏彤 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期779-786,共8页
低分辨率是扫描太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统图像的一个重要缺点.本文提出了一种针对太赫兹时域光谱图像的超分辨率增强算法,该算法结合了多层感知机(MLP)和超分辨率卷积神经网络(SRCNN),创建了一个复合网络.本文算法针对太赫兹光谱图... 低分辨率是扫描太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统图像的一个重要缺点.本文提出了一种针对太赫兹时域光谱图像的超分辨率增强算法,该算法结合了多层感知机(MLP)和超分辨率卷积神经网络(SRCNN),创建了一个复合网络.本文算法针对太赫兹光谱图像的特点,通过引入新的目标函数,避免了传统机器学习算法需要采集或模拟生成大量训练集的弊端,实现了训练图像即目标图像的单幅光谱图像增强.为了实现这一目标,本文算法的基本原理是,让试件产生一个刚体位移,利用THz-TDS系统采集位移前后两幅三维(1个时间维,2个空间维)光谱图像作为输入数据.机器学习网络包括两部分:首先,利用一个MLP网络实现三维光谱图像到二维光强图像的转化;其次,采用传统针对二维图像的SRCNN网络获取一幅高分辨率图像,对位移前后图像处理后计算得到新的高分辨率图像的位移场,并将位移场方差作为目标函数,再通过机器学习算法,优化网络中的成像参数,实现太赫兹光谱图像的分辨率增强.典型验证性实验最终得到的峰值信噪比为42.65 dB,结构相似度为0.816,均比其他现有方法高,表明本文算法能获得良好的图像增强. 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱(THz-TDS) 光谱信息 扫描成像 图像增强
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基于太赫兹光谱的早期鼻咽癌与鼻咽炎鉴别诊断研究
9
作者 朱一峰 刘金鹏 +5 位作者 宋正勋 周小军 周梅 任姣姣 杨文韬 崔宗宇 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期941-946,共6页
鼻咽癌是一种多发于鼻咽腔顶部和侧壁的恶性肿瘤,我国南方地区较为高发,早期治疗对提高患者生存率至关重要。由于其发病位置隐蔽,早期症状类似于鼻部炎症性疾病,容易被忽视,被发现时往往已经处于中晚期。近年来,太赫兹技术因其具有低能... 鼻咽癌是一种多发于鼻咽腔顶部和侧壁的恶性肿瘤,我国南方地区较为高发,早期治疗对提高患者生存率至关重要。由于其发病位置隐蔽,早期症状类似于鼻部炎症性疾病,容易被忽视,被发现时往往已经处于中晚期。近年来,太赫兹技术因其具有低能量、强穿透和指纹谱等特性,在生物医学癌症检测领域备受关注。以鼻咽癌组织和鼻咽炎组织为研究对象,初步探索太赫兹光谱技术在鉴别鼻咽癌与鼻咽炎症方面的应用。采用太赫兹时域光谱系统采集鼻咽组织在0.6~5.0 THz范围内的光谱,通过参数提取到其吸收光谱,基于光谱数据分析对比鼻咽癌组织与鼻咽炎组织的频谱特征,结合病理学苏木精-伊红(H&E)染色结果图分析两种鼻咽组织的光谱差异来源。采用主成分分析(PCA),对实验采集到的原始功率谱数据进行降维和特征提取,获得样品在第一、二、三主成分构成的三维坐标空间中的散点图。基于该散点图的分析,可以观察到鼻咽癌组织与鼻咽炎组织在特征空间中的显著区分。结果表明,在1.3~3.4 THz内,鼻咽癌组织对太赫兹波的吸收明显高于鼻咽炎组织,2.7 THz是鉴别鼻咽癌组织与鼻咽炎组织的最佳潜在诊断频率。通过主成分分析进一步降维处理,前4个主成分的累计方差贡献率达到了87.45%,对两组鼻咽组织样品具有良好的聚类作用,主成分散点图可以明显区分鼻咽癌组织与鼻咽炎组织。结合K-最近邻算法(KNN)和支持向量机(SVM)构建分类模型,实现了对两种鼻咽组织太赫兹光谱的鉴别分类。相比KNN算法,SVM分类模型的平均分类准确率达到92%。本研究初步验证了太赫兹光谱技术用于鉴别鼻咽癌与鼻咽炎症的有效性,为进一步探讨其临床价值奠定了基础。 展开更多
关键词 鼻咽癌 太赫兹时域光谱 鉴别诊断 光谱识别
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太赫兹时域光谱成像系统的研究进展
10
作者 李冠良 袁英豪 朱亦鸣 《上海理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期161-170,共10页
太赫兹时域光谱成像技术具有穿透性、超快时间分辨能力、指纹光谱特性、安全无辐射电离等显著特点,在物质成分光谱分析、工业材料无损检测领域具有独特的应用价值,成为近些年来的研究热点。基于此,从成像体制和成像算法两个方向进行介... 太赫兹时域光谱成像技术具有穿透性、超快时间分辨能力、指纹光谱特性、安全无辐射电离等显著特点,在物质成分光谱分析、工业材料无损检测领域具有独特的应用价值,成为近些年来的研究热点。基于此,从成像体制和成像算法两个方向进行介绍。在成像体制层面,全面介绍了逐点扫描成像、太赫兹焦平面成像、太赫兹光电导阵列成像等二维的成像方式,以及突破衍射极限的太赫兹近场成像技术;在成像算法层面,介绍了飞行时间成像和断层扫描成像技术等三维成像方式。列举了太赫兹技术在生物医学、无损检测、安防检测等领域的应用。最后总结了当前太赫兹时域光谱技术所面临的问题。 展开更多
关键词 太赫兹 时域光谱 成像
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基于太赫兹时域光谱技术的CFRP薄涂层厚度检测方法
11
作者 黄宇蕾 李卫星 +3 位作者 朱美强 张楠 柯琳 邹亮 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2753-2760,共8页
针对碳纤维增强复合材料(CFRP)上的薄涂层测厚存在的基底各向异性、多重反射、回波重叠、环境噪声等问题,提出基于太赫兹时域光谱技术与稀疏分解的涂层测厚方法,并在仿真波形和实际样品上成功验证。CFRP通常由碳纤维与环氧基体牢固结合... 针对碳纤维增强复合材料(CFRP)上的薄涂层测厚存在的基底各向异性、多重反射、回波重叠、环境噪声等问题,提出基于太赫兹时域光谱技术与稀疏分解的涂层测厚方法,并在仿真波形和实际样品上成功验证。CFRP通常由碳纤维与环氧基体牢固结合并多层复合而成,具有各向异性特点,在光学性质上表现为CFRP上同一位置不同入射方向、同一入射方向不同位置的反射波形均存在差别。这致使基于理论模型的优化算法用于其上涂层测厚时精度有待提高。另外,在涂层较薄时,受噪声与多重反射等因素的干扰,无法直接在时域根据反射波形区分涂层界面,即直接使用飞行时间法(TOF)难以获得涂层厚度。为此,使用稀疏分解法来定位薄涂层的分界面,再结合TOF法计算CFRP上薄涂层的厚度。首先,分析了多层结构上的太赫兹反射信号与信号稀疏分解模型之间的联系,并利用参考信号构成稀疏字典。然后,鉴于太赫兹信号的传播路径只在分界面发生改变这一先验知识,即涂层层数决定了信号稀疏分解后非零脉冲个数,使用前向正交匹配追踪算法(LAOMP)求解太赫兹反射信号的稀疏表示。LAOMP算法可直接指定稀疏度,便于选择稀疏脉冲定位涂层分界面。获得对应于各涂层界面的脉冲后,使用TOF法求得涂层的厚度。最后,在总厚度分别为102和66μm的双涂层仿真数据与实际样品上验证方法的性能,并与经典基于L1范数的谱投影梯度算法(SPGL1)进行了对比。结果表明:在相邻涂层折射率差别较小的情况下,LAOMP算法可以有效检测CFRP上35μm的薄涂层。在总厚度为66μm的双涂层样件上,检测误差在11%以内,具有调参简单、结果稳定的优点。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 涂层测厚 CFRP 稀疏分解 飞行时间法
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太赫兹光谱技术在食品污染检测中的研究进展 被引量：5
12
作者 张红涛 王龙杰 +2 位作者 谭联 赵鑫涛 田承浩 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2120-2126,共7页
随着新的食品加工技术及新型食品材料的不断涌现,食品污染问题也越来越多,国际食品安全事件频繁爆发,食品污染造成的食源性疾病对人民生命健康造成严重威胁,如何把控好食品质量成为人们关注的焦点问题。太赫兹技术作为一项新兴的检测技... 随着新的食品加工技术及新型食品材料的不断涌现,食品污染问题也越来越多,国际食品安全事件频繁爆发,食品污染造成的食源性疾病对人民生命健康造成严重威胁,如何把控好食品质量成为人们关注的焦点问题。太赫兹技术作为一项新兴的检测技术,其反映样品的物理结构、性质及化学成分的同时,也获取样品在太赫兹波段的时域和频域信息作为物质“指纹”谱,用于无损检测和识别领域并取得了一定的成果。相较于传统的检测手段,太赫兹技术安全性高、透视性好以及波谱分辨能力强等优势使其在食品污染检测领域具有极大的应用潜力和应用前景。文章简述了太赫兹光谱技术的基本原理,以其中最为常用的太赫兹时域光谱技术为主要研究重点,对该技术在食品生物性污染、化学性污染、物理性污染检测方面的应用研究工作进行了重点归纳总结,最后聚焦于太赫兹技术在食品污染检测领域的实际应用现状,讨论其发展趋势和应用前景,并分析目前研究仍存在的问题,以期为太赫兹技术在食品安全检测领域未来的进一步发展提供参考。 展开更多
关键词 光谱学 太赫兹时域光谱 光谱检测 食品污染 食品安全
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全光纤耦合式太赫兹近场探针光谱成像系统 被引量：1
13
作者 王刚 曹佳炜 袁英豪 《上海理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期539-544,共6页
通过对太赫兹光电导探针天线与飞秒倍频光路进行光纤模块化封装,并结合光纤耦合式太赫兹光电导天线辐射源,以及自主研制设计的光纤飞秒激光光源和光纤式高速光学延时线,开发了一种全光纤耦合式太赫兹近场探针光谱成像系统,其光谱范围覆... 通过对太赫兹光电导探针天线与飞秒倍频光路进行光纤模块化封装,并结合光纤耦合式太赫兹光电导天线辐射源,以及自主研制设计的光纤飞秒激光光源和光纤式高速光学延时线,开发了一种全光纤耦合式太赫兹近场探针光谱成像系统,其光谱范围覆盖0.1~2.0 THz,动态范围达到60 dB,光谱采样速度高达0.1 s/谱,近场成像分辨率优于20μm的全光纤耦合式太赫兹近场探针光谱成像系统。得益于整套系统的全光纤结构设计,太赫兹辐射源和探针式探测器之间可以根据测量需求灵活调节而不需要重新校准光路,极大地提高了系统的工作稳定性和使用方便性。该研究为太赫兹科学研究提供了一种高性能且实用性强的太赫兹近场光谱成像测量系统。 展开更多
关键词 太赫兹近场 光电导探针 太赫兹时域光谱
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基于深度学习的拉曼/太赫兹光谱对藏红花的分类识别
14
作者 苏康慧 王超琪 +2 位作者 张谷令 邹斌 杨玉平 《中华中医药学刊》 北大核心 2025年第6期36-39,I0004-I0008,共9页
目的采用光谱学结合机器学习方法实现菊科红花属植物草红花、鸢尾科番红花属植物西红花(产地伊朗)和藏红花(产地西藏)的种间与种内鉴别。方法采用拉曼光谱(Raman spectroscopy,RS)与太赫兹(Terahertz,THz)光谱,以伊朗产西红花、甘肃产... 目的采用光谱学结合机器学习方法实现菊科红花属植物草红花、鸢尾科番红花属植物西红花(产地伊朗)和藏红花(产地西藏)的种间与种内鉴别。方法采用拉曼光谱(Raman spectroscopy,RS)与太赫兹(Terahertz,THz)光谱,以伊朗产西红花、甘肃产草红花、西藏产西红花(下文称藏红花)为研究对象,结合主成分分析(Principal component analysis,PCA)、支持向量机(Support-vector machine,SVM)、随机森林(Random forest,RF)等机器学习方法和多层感知机(Multilayer perceptron,MLP)、卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)、长短期记忆递归神经网络(Long short term memory,LSTM)、径向基函数神经网络(Radial Basis Function,RBF)、基于遗传算法的反向传播神经网络(Genetic Algorithm-Back Propagation,GA-BP)等深度学习方法,分析三类样本的THz吸收光谱与RS,实现中草药小样本的快速分类识别。结果(1)SVM方法对三类样本的RS数据和经PCA降维后的RS数据进行分类精度分别为83.33%和94.44%;MLP对三类样本的原始THz光谱数据和经PCA降维后的THz光谱数据进行分类,准确率分别为94.00%和96.79%;表明PCA对机器学习分类精度提升较为明显,THz光谱用于深度学习结果较RS精度更高。(2)MLP、CNN、RBF、GA-BP、LSTM等神经网络对THz光谱数据的分类准确率高于对RS分类准确率,其中LSTM和RF对太赫兹原始吸收数据分类准确率高达100%,分类精度高、速度快、模型稳定性好。结论光谱与机器学习方法结合可以实现草红花、西红花和藏红花的种间与种内鉴别,THz光谱鉴别精度较高。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 拉曼光谱 深度学习 草红花 藏红花
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吡啶二甲酸结构异构体的太赫兹光谱分析
15
作者 骆国防 齐济 +4 位作者 刘雅丽 何明霞 黄华 曲秋红 张逸竹 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期908-913,共6页
在食品和药品生产过程中,同分异构体的识别和区分是一个重要且复杂的问题,尤其是在它们分子式相同但晶体结构不同的情况下。吡啶二甲酸作为一种广泛应用于医药合成的关键中间体,不同的异构体表现出不同的物理和化学性质,对其进行有效区... 在食品和药品生产过程中,同分异构体的识别和区分是一个重要且复杂的问题,尤其是在它们分子式相同但晶体结构不同的情况下。吡啶二甲酸作为一种广泛应用于医药合成的关键中间体,不同的异构体表现出不同的物理和化学性质,对其进行有效区分尤为关键。太赫兹光谱技术被视作检测同分异构体的新手段,利用高分辨率太赫兹时域光谱仪对2,3-吡啶二甲酸、2,4-吡啶二甲酸、2,5-吡啶二甲酸、3,4-吡啶二甲酸以及3,5-吡啶二甲酸进行测量,揭示了它们在不同质量分数下的独特太赫兹吸收特征。这些异构体的吸收特性在太赫兹波段有不同差异。通过密度泛函理论计算,对比了理论模拟与实验测量结果,揭示了这些化合物的主要振动模式,包括羧基和吡啶环的扭转振动、键角弯曲以及它们的耦合作用。研究展现了太赫兹光谱在物质鉴别方面的独特优势,并指出其与红外光谱的显著区别。研究结果不仅为理解吡啶二甲酸衍生物的太赫兹光谱特征提供了参考,也展示了太赫兹光谱在化学物质分析和识别方面的应用潜力,对医药中间体的合成和鉴别提供了新的依据。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 吡啶二甲酸 密度泛函理论 同分异构体
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太赫兹时域光谱反射式层析成像技术 被引量：10
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作者 任姣姣 李丽娟 +1 位作者 张丹丹 乔晓利 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期176-181,共6页
改性聚丙烯(PP)材料由于其阻燃、高抗冲性能等特点被广泛应用在汽车仪表板、保险杠等汽车配件中,采用无损探伤技术对改性PP材料进行检测是汽车配件质量保证的必要手段。搭建了透射式太赫兹时域光谱系统及反射式太赫兹时域光谱成像系统,... 改性聚丙烯(PP)材料由于其阻燃、高抗冲性能等特点被广泛应用在汽车仪表板、保险杠等汽车配件中,采用无损探伤技术对改性PP材料进行检测是汽车配件质量保证的必要手段。搭建了透射式太赫兹时域光谱系统及反射式太赫兹时域光谱成像系统,采用透射式THz-TDS系统对改性PP材料的光学参数进行了检测,测定了该材料在太赫兹波段的折射率,其数值为1.53。设计了一种改性PP材料平底洞样品,采用反射式THz-TDS成像系统对其进行成像,采用了反卷积滤波技术对THz信号进行处理,提高了信号的信噪比,提出了一种基于飞行时间的太赫兹时域光谱层析成像技术,采用已测定的改性PP材料的折射率,通过飞行时间层析成像技术对该样品的太赫兹检测结果进行了三维重构,厚度测量精度为0.01mm。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 层析成像 改性聚丙烯
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太赫兹光谱结合机器学习算法快速测定冻干胡萝卜的水分含量
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作者 孙梦 成军 +4 位作者 刁庶 韩天宇 于志龙 李璟文 谢云飞 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期1924-1931,共8页
水分含量对冻干胡萝卜的质量和货架期具有至关重要的影响。然而,传统的水分测量方法费时低效。因此,该研究旨在探索一种基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)与机器学习(ML)技术相结合的快速、无损检测方法,用于测定冻干胡萝卜的水分含量。试验... 水分含量对冻干胡萝卜的质量和货架期具有至关重要的影响。然而,传统的水分测量方法费时低效。因此,该研究旨在探索一种基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)与机器学习(ML)技术相结合的快速、无损检测方法,用于测定冻干胡萝卜的水分含量。试验采集140个不同水分含量样本的时域光谱数据,基于光学参数提取模型,获得样品的吸收系数和折射率光谱。为了提升光谱数据的质量,对获得的光谱进行移动平均(MA)平滑和SG平滑预处理,随后采用竞争自适应重加权采样(CARS)、连续投影算法(SPA)、无信息变量消除(UVE)三种特征提取算法,从原始光谱数据中筛选出与水分含量密切相关的特征光谱变量。最后,采用偏最小二乘回归(PLSR)、反向传播人工神经网络(BPANN)和极端梯度提升(XGBoost)三种机器学习算法构建了定量预测模型,并利用模型评价指标对这些模型进行了全面评估,以确定检测冻干胡萝卜水分含量的最佳光学参数与最优算法组合。结果表明,吸收系数光谱准确有效地反映了水分信息,预处理有效去除了光谱噪声,特征提取确定了与水分相关的关键变量,BPANN展现出最优的定量预测性能。其中,基于吸收系数光谱的SG-CARS-BPANN模型表现出最强的预测性能(R_(C)^(2)=0.9712,RMSEC=0.0073,R_(P)^(2)=0.9366,RMSEP=0.0107)。这些发现表明,太赫兹和机器学习的结合可以实现冻干胡萝卜水分含量的快速无损检测,所建立的方法具有用于在加工和储存期间实时监测冻干果蔬中水分含量的潜力。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 冻干果蔬 化学计量学 吸收系数 无损定量分析
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太赫兹技术在爆炸物检测中的研究现状
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作者 张淑敏 李欣宇 +4 位作者 王拓 孟坤 李文凭 唐德东 朱新勇 《红外技术》 北大核心 2025年第8期955-962,共8页
随着太赫兹技术的不断发展,在安检领域中,利用太赫兹光谱及成像技术对爆炸物进行检测有着独特的优势,是一种非接触性无损检测手段,能够与传统探测技术互补,具有极大的发展潜力。本文主要总结了国内外不同机构研究的爆炸物指纹谱数据,探... 随着太赫兹技术的不断发展,在安检领域中,利用太赫兹光谱及成像技术对爆炸物进行检测有着独特的优势,是一种非接触性无损检测手段,能够与传统探测技术互补,具有极大的发展潜力。本文主要总结了国内外不同机构研究的爆炸物指纹谱数据,探究影响爆炸物光谱测量的因素,并阐述了太赫兹光谱技术对于痕量爆炸物和隐藏爆炸物探测方面的应用,以及太赫兹成像技术对人体和爆炸物等不同介质的检测,为爆炸物的太赫兹无损检测研究提供参考。 展开更多
关键词 太赫兹技术 爆炸物 太赫兹时域光谱 太赫兹成像 隐藏爆炸物
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太赫兹检测技术在海洋领域中的应用
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作者 张子晨 孙栋 +3 位作者 阮剑剑 李书帆 乔伟 林洪沂 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第6期380-400,共21页
太赫兹技术在海洋领域展现了显著的应用潜力,涵盖水质分析、无损检测和海洋生态监控等方面。凭借非接触式测量和无损检测的优势,太赫兹技术能够有效区分浮油海面与正常海面,并进行水质分类,为海洋污染检测提供新的技术手段。太赫兹技术... 太赫兹技术在海洋领域展现了显著的应用潜力,涵盖水质分析、无损检测和海洋生态监控等方面。凭借非接触式测量和无损检测的优势,太赫兹技术能够有效区分浮油海面与正常海面,并进行水质分类,为海洋污染检测提供新的技术手段。太赫兹技术还可应用于船舶材料的无损检测,评估船体结构和涂层的完整性,同时支持海洋环境中PE管材的安全性检测,实时监测管材的受损程度和结构稳定性。在海洋生态监控方面,太赫兹技术能检测微藻代谢物变化,识别赤潮等生态问题,为海洋生态保护提供支持。同时,它还在监测海洋放射性元素铯浓度变化方面显示出优势。随着技术进步,太赫兹技术在海洋领域的应用前景广阔,为海洋保护与开发提供高效、准确的检测手段。 展开更多
关键词 太赫兹技术 海洋生态监测 太赫兹时域光谱技术 浮油检测 无损检测
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基于太赫兹光谱和随机森林算法的煤挥发分含量预测
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作者 王利民 朱立江 刘金鸽 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第6期867-873,共7页
采用随机森林算法,以257种煤样的太赫兹时域光谱数据为基础,测定了每种煤样的挥发分,通过局部最大值检测(Local Max)和主成分分析(PCA)技术,实现了光谱数据的关键峰值提取和有效的数据降维处理。基于这些优化后的特征,进一步开发了三种... 采用随机森林算法,以257种煤样的太赫兹时域光谱数据为基础,测定了每种煤样的挥发分,通过局部最大值检测(Local Max)和主成分分析(PCA)技术,实现了光谱数据的关键峰值提取和有效的数据降维处理。基于这些优化后的特征,进一步开发了三种不同的随机森林(Random Forest)回归模型:仅基于Local Max特征的RF-LM模型、仅基于PCA特征的RF-PCA模型,以及结合了Local Max和PCA特征的RF-LM+PCA模型。在这些模型中,RF-LM+PCA模型在预测精度上表现最为突出,其决定系数(R²)高达0.989,均方根误差(RMSE)为1.493,平均绝对误差(MAE)为0.902。不仅建立了一种结合太赫兹光谱分析与机器学习技术在煤质分析中的新方法,而且为智能煤矿分析领域提供了一种创新且实用的分析策略,有望推动该领域的技术进步和应用发展。 展开更多
关键词 随机森林 局部最大值 主成分分析 太赫兹时域光谱 回归模型
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