[發(fā)明專利]一種基于太赫茲時域光譜的紡織纖維鑒別方法

無效

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• 申請日: 2009-11-13
• 公開（公告）號: CN101876633A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹丙花
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太赫茲技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于太赫茲時域光譜技術(shù)的紡織纖維鑒別方法。

背景技術(shù)

太赫茲(1THz＝10¹²Hz)波通常是指頻率范圍在0.1THz到10THz的電磁波輻射，處于微波與紅外光之間。太赫茲波技術(shù)具有以下特點：(1)太赫茲時域光譜技術(shù)采用光脈沖取樣探測方法，可以獲得太赫茲波的瞬態(tài)電場，即同時得到幅度和相位信息。(2)太赫茲輻射對陶瓷、塑料、紡織纖維等很多物質(zhì)透射率高，可以用于這些材料的質(zhì)量控制。(3)太赫茲輻射是一種非常安全的電磁輻5射，頻率為1THz的電磁波的光子能量只有4mev，是X射線的百萬分之一，對人體危害極小，可以用于無損檢測。(4)利用太赫茲時域光譜技術(shù)可以獲得亞皮秒、飛秒時間分辨率，而且通過取樣測量技術(shù)，能夠有效地抑制背景輻射噪聲的干擾，信噪比可以達(dá)到10¹⁰。(5)太赫茲波波長較長，受物質(zhì)顆粒散射影響很小。

在紡織生產(chǎn)管理或產(chǎn)品分析中，常常要對各種狀態(tài)下的纖維材料進(jìn)行鑒別，有呈散纖維狀態(tài)的紡織原料，也有各道工序生產(chǎn)的半制品或成品。由于化學(xué)纖維的大量發(fā)展，加之混紡品種的日益增多，使紡織成品的花色品種更為繁多，因此，對紡織材料進(jìn)行系統(tǒng)鑒別是一項非常重要而復(fù)雜的工作。各種紡織纖維的外觀形態(tài)與內(nèi)在性質(zhì)，有很多相似的地方，也有很多不同的地方。纖維鑒別，就是利用纖維的各種外觀形態(tài)或內(nèi)在性質(zhì)的差異，采用各種方法將其區(qū)分開來。目前鑒別的方法，有手感目測法、顯微鏡觀察法、溶解法、藥品著色法以及紅外光譜法等。其中，手感目測法雖是鑒別纖維最簡單的方法，但無法鑒別合成纖維，而且對已經(jīng)紡紗、織布的纖維也無能為力；燃燒法只能粗略地區(qū)分纖維的大類；顯微鏡觀察法無法確切區(qū)分截面呈圓形的化學(xué)纖維，如富強纖維、滌綸、錦綸等，只能借助其他方法進(jìn)行鑒別。藥品著色法只適用于鑒別未染色的散纖維或純紡紗線織物；溶解法受溶劑的濃度、溶解時的溫度和作用時間等影響較大；紅外光譜法是基于不同的化學(xué)基團在紅外光譜中出現(xiàn)的特征吸收帶的位置不同而進(jìn)行鑒別物質(zhì)的，只要兩種物質(zhì)的成分不同，一般情況下可以鑒別出來。但是結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)的紅外光譜則區(qū)別不大，因此也很難區(qū)分。尋找新的鑒別紡織纖維方法非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于提供一種基于太赫茲時域光譜技術(shù)的紡織纖維鑒別方法，以解決現(xiàn)有紡織纖維鑒別技術(shù)存在的局限。

技術(shù)方案：基于太赫茲時域光譜的紡織纖維鑒別方法，其特征在于該方法主要包括以下步驟：

1)測量標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維的太赫茲時域光譜，建立光譜數(shù)據(jù)庫；

2)根據(jù)紡織纖維的太赫茲時域光譜建立紡織纖維的分類模型；

3)測量待檢紡織纖維的太赫茲時域光譜，根據(jù)紡織纖維的太赫茲時域光譜分類模型和待檢紡織纖維的太赫茲光譜對待檢紡織纖維進(jìn)行鑒別。

所述步驟1)為：以太赫茲時域光譜測量裝置分別測量透過空的樣品架和透過裝有標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維樣品架的太赫茲脈沖時域波形，透過空樣品架的波形作為參考信號，透過裝有標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維的樣品架的波形作為樣品信號，根據(jù)參考時域波形和樣品時域波形提取標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維在太赫茲波段的吸收系數(shù)譜。

所述步驟2)主要包括以下步驟：

21)判別模型的建立：從不同種類的紡織纖維中分別選擇70％的樣本組成建模用的訓(xùn)練集，首先應(yīng)用主成分分析法提取標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維太赫茲光譜的特征，然后選擇馬氏距離判別法按照不同的紡織纖維類別建立紡織纖維鑒別模型；建模與實際判別時的光譜處理方法必須一致，按照不同的紡織纖維類別分別建立區(qū)分不同紡織纖維的鑒別模型；

22)判別模型的驗證：以剩余的30％的樣本組成驗證集，首先應(yīng)用主成分分析法提取標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維太赫茲光譜的特征，然后調(diào)用已經(jīng)建立的紡織纖維鑒別模型，獲得驗證集樣本的類別。

所述步驟3)為：以太赫茲時域光譜測量裝置分別測量透過空的樣品架和透過裝有待測紡織纖維樣品架的太赫茲脈沖時域波形，透過空樣品架的波形作為參考信號，透過裝有標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維的樣品架的波形作為樣品信號，根據(jù)參考時域波形和樣品時域波形提取標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維在太赫茲波段的吸收系數(shù)譜，應(yīng)用主成分分析法提取新樣本太赫茲光譜的特征，然后調(diào)用建立好的判別模型對其進(jìn)行鑒別，鑒別結(jié)果發(fā)現(xiàn)太赫茲光譜法能正確對紡織纖維進(jìn)行分類。

所述的太赫茲時域光譜的太赫茲波的頻率在0.2-2.5THz。

太赫茲時域光譜系統(tǒng)直接工作在室溫環(huán)境下。