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基于太赫兹时域光谱技术的皮肤水分含量评估 被引量：3
1
作者 杨帆 余晓 +2 位作者 刘黎 王少华 韩升 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期777-786,共10页
太赫兹波以其独特的水分敏感性在生物组织的水分检测中展现出广阔的应用前景,太赫兹时域光谱(THz-TDs)技术与有效介质理论结合可以对皮肤组织的水分含量进行评估,但是对皮肤水分含量的变化进行准确定量感知仍然是尚未解决的问题,需要稳... 太赫兹波以其独特的水分敏感性在生物组织的水分检测中展现出广阔的应用前景,太赫兹时域光谱(THz-TDs)技术与有效介质理论结合可以对皮肤组织的水分含量进行评估,但是对皮肤水分含量的变化进行准确定量感知仍然是尚未解决的问题,需要稳定的评估方法并分析其评估的准确性和影响因素。该文首先根据人体皮肤组织的结构和水分分布规律,定义三种皮肤水分含量梯度分布曲线,提出以反射率为优化目标的皮肤水分定量评估方法。然后采用遗传算法和列文伯格-马夸尔特(LM)相结合的混合算法对目标函数进行优化求解,使用反射式太赫兹测量系统对小手臂皮肤进行阻塞测量实验,得到时域信号和反射率的变化规律。最后讨论不同水分含量初始规律和不同有效介质模型对皮肤水分含量评估准确性的影响。结果表明,角质层水分分布规律和有效介质模型的选取对水分含量的绝对评估结果影响均很大,有效介质模型对水分含量的变化量影响较小,选择确定的水分分布规律和有效介质模型可以准确地评估皮肤水分含量的变化。该文研究可为太赫兹皮肤烧伤和皮肤疾病检测提供理论支撑。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱皮肤水分含量 有效介质模型 反射率 混合算法
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太赫兹时域光谱技术的变压器油低水含量检测 被引量：12
2
作者 蒋强 王玥 +1 位作者 文哲 王际华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1049-1052,共4页
变压器的维护至关重要。变压器油中水含量的检测是变压器维护中很重要的一部分。水在太赫兹频段独特的分子键振动模式使其对太赫兹波具有强烈的吸收性。利用太赫兹时域光谱技术对变压器油进行水含量检测,获得了不同水含量变压器油的吸... 变压器的维护至关重要。变压器油中水含量的检测是变压器维护中很重要的一部分。水在太赫兹频段独特的分子键振动模式使其对太赫兹波具有强烈的吸收性。利用太赫兹时域光谱技术对变压器油进行水含量检测,获得了不同水含量变压器油的吸收系数和折射率,结合相关理论模型对获得的参数进行了分析验证。试验结果表明,变压器油的吸收系数和折射率与水含量呈线性关系。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 绝缘油 水含量检测
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太赫兹时域光谱技术在绝缘纸板微水含量检测中的应用分析 被引量：5
3
作者 成立 夏彦卫 +3 位作者 高树国 赵军 王俊宏 程之栋 《智慧电力》 北大核心 2020年第8期104-109,共6页
水分是电力设备油纸绝缘寿命的首要劣化因素。将太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)引入到油纸绝缘微水含量测试中,利用太赫兹时域光谱系统对不同微水含量绝缘纸板样品进行测试,得到了不同太赫兹时域及频域响应信号结果并进行拟合,从而获得了... 水分是电力设备油纸绝缘寿命的首要劣化因素。将太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)引入到油纸绝缘微水含量测试中,利用太赫兹时域光谱系统对不同微水含量绝缘纸板样品进行测试,得到了不同太赫兹时域及频域响应信号结果并进行拟合,从而获得了可以初步估计纸板中水分含量的计算公式;最后结合太赫兹成像技术对纸板平面的水分不均匀分布情况进行了检测。由于水分子中的氢键在太赫兹波照射下会产生强烈的共振与吸收,在太赫兹透射波中产生明显的反馈作用,基于此原理可以将太赫兹检测技术运用于对绝缘纸板水分含量与分布的评估中。 展开更多
关键词 电力设备 绝缘纸板 水分含量 太赫兹时域光谱技术
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运用太赫兹时域光谱技术定量分析柴油的含硫量(英文) 被引量：2
4
作者 赵卉 赵昆 +2 位作者 田璐 苗青 尼浩 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期399-402,共4页
测量柴油样品的太赫兹时域光谱并对其含硫量进行了定量计算.在0.2～1.5 THz范围内,柴油的吸收系数随着太赫兹频率和硫含量呈规律性递增.基于这一变化关系建立起了硫含量与太赫兹吸收系数和频率的多元非线性模型,通过测量柴油的太赫兹光... 测量柴油样品的太赫兹时域光谱并对其含硫量进行了定量计算.在0.2～1.5 THz范围内,柴油的吸收系数随着太赫兹频率和硫含量呈规律性递增.基于这一变化关系建立起了硫含量与太赫兹吸收系数和频率的多元非线性模型,通过测量柴油的太赫兹光谱代入此模型即可计算出柴油的硫含量.这一结果为太赫兹时域光谱技术应用于柴油含硫量的无损快速检测奠定了理论基础,显示出巨大的应用前景. 展开更多
关键词 光谱学 硫含量 太赫兹时域光谱 柴油
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皮肤含水量对太赫兹光谱参数的影响规律研究 被引量：5
5
作者 余晓 杨帆 丁雪菲 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期835-841,共7页
太赫兹时域光谱技术已经用于皮肤癌、皮肤烧伤以及皮肤疤痕治疗效果的诊断和过程监测,通常采用太赫兹时域和频域光谱参数作为区分皮肤组织不同状态的诊断参量。目前最常用的皮肤活体反射式太赫兹测量装置需将皮肤放置于介质窗上来提高... 太赫兹时域光谱技术已经用于皮肤癌、皮肤烧伤以及皮肤疤痕治疗效果的诊断和过程监测,通常采用太赫兹时域和频域光谱参数作为区分皮肤组织不同状态的诊断参量。目前最常用的皮肤活体反射式太赫兹测量装置需将皮肤放置于介质窗上来提高测量的准确性,这使得皮肤表层水分含量因为阻塞而发生变化,从而影响太赫兹诊断皮肤的精确性。随着太赫兹生物应用从离体检测到活体测量方向发展,需要分析阻塞情况下皮肤太赫兹光谱参数的变化规律。采用太赫兹反射系统对手臂皮肤在石英介质窗上的阻塞过程进行了连续测量,然后对不同时刻时域波形的峰峰值、半波脉宽等13个特征量进行了分析。结果表明:时域信号和传递函数的峰峰值、最大值与最小值之间的拟合斜率等参量随阻塞时间而呈指数衰减;传递函数的最大值与最小值时间差、最大值与最小值的斜率等随阻塞时间呈指数增加;时域波形的半峰全宽、对数频谱等保持不变。然后用双德拜模型来模拟皮肤组织在0.2~1 THz频段的介电常数,采用遗传算法和Levenberg-Marquardt相结合的优化算法得到了皮肤阻塞情况下不同时刻的双德拜参数,结果表明:ε_(∞)和ε_(s)均随着时间呈指数上升,5 min内增幅分别达到了27.8%和12.5%;ε_(2)、弛豫时间常数τ_(1)和τ_(2)基本保持不变。将皮肤组织视为多层媒质结构,基于Bruggema n有效介质模型,将计算得到的太赫兹反射率和测量得到的反射率作为目标函数,再采用上述混合优化算法得出了皮肤含水量随时间的变化规律。结果表明:随着阻塞时间的增加,皮肤角质层中的水分以指数函数的形式增加,5 min的阻塞时间即可增加23.8%。因此,在进行临床应用和研究时,必须谨慎考虑皮肤与介质窗接触阻塞而导致的参数变化。该研究有利于提高太赫兹活体检测的准确性和推动太赫兹时域光谱技术的临床应用。 展开更多
关键词 皮肤组织 含水量 太赫兹 时域光谱 双德拜模型 有效介质理论
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基于太赫兹技术的植物叶片水分检测初步研究 被引量：10
6
作者 龙园 赵春江 李斌 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3027-3031,共5页
叶片含水量是植物健康状况的重要衡量指标之一。太赫兹波处于红外和微波之间,对样品水分变化非常敏感,当太赫兹光谱穿透含水丰富的叶片时,叶片中水分等物质能对太赫兹光谱产生强烈的吸收,根据叶片不同位置处水分含量的不同,能利用太赫... 叶片含水量是植物健康状况的重要衡量指标之一。太赫兹波处于红外和微波之间,对样品水分变化非常敏感,当太赫兹光谱穿透含水丰富的叶片时,叶片中水分等物质能对太赫兹光谱产生强烈的吸收,根据叶片不同位置处水分含量的不同,能利用太赫兹光谱技术对植物叶片进行成像。本研究利用太赫兹技术检测植物叶片的水分含量,初步探讨植物叶片中水分和太赫兹成像的相关关系。实验采集离体绿萝叶片,每隔一定时间通过太赫兹光谱仪对叶片逐点扫描,获取叶片每一点的太赫兹时域光谱数据,经过傅里叶变换得到对应频域光谱,提取时域幅值的光谱参数以及特定频域光谱,对植物叶片图像进行重构,获取植物叶片的二维图像。结果表明,不同频率下,绿萝离体叶片的太赫兹二维图像呈现明显差异,叶肉与叶脉中水分含量不同,对太赫兹波的吸收也不同,根据图像,能清晰显示植物叶片叶肉与叶脉部位的水分含量差异。通过叶片时域幅值的平均值、叶片频域平均值与叶片水分含量建立相应的回归模型,时域最小幅值光谱与水分含量建立的最佳模型预测相关性达0.989 1,预测均方根误差为0.024 4g。研究表明太赫兹技术用于植物叶片的水分含量检测具有较好的研究潜力。 展开更多
关键词 太赫兹成像 时域光谱 水分含量
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太赫兹光谱结合特征谱区筛选算法在发动机润滑油含水量定量分析中应用研究 被引量：5
7
作者 陈孟秋 何明霞 +1 位作者 李萌 曲秋红 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1393-1397,共5页
发动机润滑油是保障汽车发动机持久且稳定运转的基石,准确评定发动机润滑油各项性能指标是其在生产到使用全过程必不可少的步骤。发动机润滑油在一段时间的使用后会因为多种原因引起油品变质,发动机润滑油变质的指标可以用其中非磁性颗... 发动机润滑油是保障汽车发动机持久且稳定运转的基石,准确评定发动机润滑油各项性能指标是其在生产到使用全过程必不可少的步骤。发动机润滑油在一段时间的使用后会因为多种原因引起油品变质,发动机润滑油变质的指标可以用其中非磁性颗粒物浓度、金属屑含量、pH值、粘稠度、含水率等表述。关于发动机润滑油含水量的检测,传统的检测方法存在操作复杂,及时性差等缺点。太赫兹对水吸收强烈,适合用于对样品中微水含量的分析。通过透射式太赫兹时域光谱系统获得1.0~3.5THz下的六种不同水含量的发动机润滑油的吸收系数谱线,对谱线进行Savitzky-Golay(SG)平滑去噪,剔除奇异样本后,采用Kennard-Stone算法划分样品集,尝试常规区间偏最小二乘法(iPLS)、向后区间偏最小二乘法(BiPLS)和联合区间偏最小二乘法(SiPLS)对其太赫兹时域光谱特征谱区间进行筛选,着重研究区间间隔数、PLS组件数、最佳主因子数和区间选择等因素对PLS模型属性的影响,并且对不同含水量的润滑油建模分析,对不同模型比较选优,建立最优定量分析模型。建模结果表示特征谱区筛选可以提高建模性能、降低模型复杂性,特征谱区筛选算法通过剔除发动机润滑油太赫兹吸收系数谱线中非线性或者无关变量的方式,使建模结果更好的表达吸收系数谱线与其含水量的关系。结果表明:采用BiPLS模型用于发电机润滑油中微量水含量的定量分析时建模效果最佳,模型区间数为26,入选区间为[18 10 4 3 8 12 5 11 24 13 16 21 2],主因子数为10,最优模型的交互验证均方根误差RMSECV为0.003 5,预测均方根误差RMSEP为0.004 6,校正集相关系数r为0.919 3,预测集相关系数r为0.865 7。由此可见,可以采用反向区间偏最小二乘法(BiPLS)用于发动机润滑油水含量的测定,且实验过程简单,建模计算速度快,效果理想,可以适用于非接触式油品含水量的定量分析。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱技术 特征谱区筛选算法 发动机润滑油 水含量检测
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太赫兹技术对头孢菌素类抗生素的研究 被引量：4
8
作者 张曼 朱思原 +1 位作者 李庆梅 沈京玲 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期330-333,共4页
太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对物质进行识别和定量分析是太赫兹应用领域的一个研究热点。文章报道了14种头孢类抗生素纯品在0.2～2.6THz波段的共振吸收谱和折射率谱,其中8种特征吸收峰明显。没有明显特征吸收峰的抗生素样品在该波段的... 太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对物质进行识别和定量分析是太赫兹应用领域的一个研究热点。文章报道了14种头孢类抗生素纯品在0.2～2.6THz波段的共振吸收谱和折射率谱,其中8种特征吸收峰明显。没有明显特征吸收峰的抗生素样品在该波段的折射率谱也有较为明显差异。这些结果是利用太赫兹时域光谱技术鉴别抗生素品种的依据。利用纯品太赫兹吸收谱,对两个不同厂家生产的头孢克肟药品进行了主成分定量评估,分别得到了头孢克肟在药品中的含量,它们与药品包装上标定含量的相对误差分别为9.38%和0.92%。证明了太赫兹技术在药品检测中的可靠性和良好的应用前景。 展开更多
关键词 头孢菌素类抗生素 太赫兹时域光谱技术 吸收峰 折射率 含量计算
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基于THz-ATR光谱的玉米种子水分定量模型优化方法研究
9
作者 吴静珠 李晓琪 +4 位作者 孙丽娟 刘翠玲 孙晓荣 孙梅 余乐 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2005-2011,共7页
应用太赫兹时域光谱技术结合区间偏最小二乘法筛选玉米种子水分THz特征波段,并采用支持向量机构建基于特征谱区的抗非线性干扰的种子水分快速定量分析模型。实验以郑单958玉米种子为例,制备含水量范围9.58%~12.71%的种子粉末样本40组(... 应用太赫兹时域光谱技术结合区间偏最小二乘法筛选玉米种子水分THz特征波段,并采用支持向量机构建基于特征谱区的抗非线性干扰的种子水分快速定量分析模型。实验以郑单958玉米种子为例,制备含水量范围9.58%~12.71%的种子粉末样本40组(每组取样3份),采用衰减全反射(ATR)附件扫描得到120份样本太赫兹时域光谱,根据SPXY(光谱-理化值共生距离算法)法划分得到训练集样本90份,测试集样本30份。种子水分对太赫兹波具有强烈吸收,首先采用基于偏最小二乘线性回归的移动区间(mwPLS)、独立区间(iPLS)、后向区间(biPLS)和联合区间(siPLS)方法筛选最优特征谱区组合;鉴于环境水分、种子其他成分及系统噪声对种子水分太赫兹光谱存在不可避免的非线性干扰,在上述光谱特征区间进一步采用基于RBF核函数的支持向量机和网格搜索法构建得到预测性能最优的种子水分快速定量分析非线性模型,训练集均方根误差为0.0212,预测集均方根误差为0.0697,相对分析误差为12.3457,相较于传统偏最小二乘线性回归模型,模型性能得到提升。种子水分含量是影响种子贮藏安全和种子活力的重要因素,实验结果表明:太赫兹时域光谱结合化学计量学可以有效筛选种子水分特征吸收谱区,建立抗干扰、高精度的种子水分快速定量分析模型,有望成为未来种子质量快速测定领域一项极具应用潜力的补充技术。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 衰减全反射 种子水分 谱区筛选 支持向量机
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