[發(fā)明專利]一種基于太赫茲多參數(shù)譜的煤巖識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810403512.0
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108458989B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 王昕;陳超;董愛民
• 申請（專利權）人: 江蘇建筑職業(yè)技術學院
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01N21/3563;G06F30/27
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于太赫茲多參數(shù)譜的煤巖界面識別方法，使用太赫茲時域光譜儀，太赫茲時域光譜儀包括用于產(chǎn)生光源的飛秒激光器(3)、產(chǎn)生太赫茲脈沖的發(fā)射天線(1)、樣本檢測倉(4)、收太赫茲脈沖的接收天線(2)以及調(diào)整飛秒激光和太赫茲脈沖之間時間差的延時線(5)五個部分；所述的樣本檢測倉(4)位于發(fā)射天線(1)和接收天線(2)之間，發(fā)射天線太赫茲光垂直作用到樣本檢測倉(4)的煤巖樣品上；其特征在于步驟如下：

步驟1，分別從不同品種的煤巖中挑選并制作煤巖樣品，使用太赫茲時域光譜儀采集參考信號和煤巖樣品的太赫茲時域光譜數(shù)據(jù)，所述的煤巖樣品包括：無煙煤、煙煤、褐煤、砂巖和頁巖幾類；

步驟2，利用快速傅里葉變換將太赫茲時域光譜轉換為太赫茲頻域光譜；從太赫茲頻域光譜中提取各個煤巖樣品的透過率光譜、折射率光譜和吸收系數(shù)光譜；并對透過率光譜、折射率光譜和吸收系數(shù)光譜分別進行平滑和加窗預處理，經(jīng)過比較后分別選取透過率光譜、折射率光譜和吸收系數(shù)光譜中0.4-1.0THz頻段的光譜數(shù)據(jù)；

步驟3，將透過率光譜、折射率光譜和吸收系數(shù)光譜的光譜數(shù)據(jù)標注為煤和巖的光譜數(shù)據(jù)，利用線性判別式分析技術對光譜數(shù)據(jù)進行降維和特征提取；

步驟4，利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡對透過率光譜、折射率光譜和吸收系數(shù)光譜進行聯(lián)合分析建模；

步驟5，采集如步驟1中不同品種煤巖并制作樣本，獲取煤、巖樣本的太赫茲時域光譜，經(jīng)步驟2處理后帶入步驟3和步驟4所建模型中，進行煤巖界面識別。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于太赫茲多參數(shù)譜的煤巖界面識別方法，其特征在于：所述的飛秒激光器太赫茲時域光譜采集裝置為天津大學組建的系統(tǒng)設備，其中心波長800nm，帶寬大于70nm，重復頻率80MHz；所述的發(fā)射天線的材質為高阻砷化鎵，所述的接收天線材質為藍寶石上硅，系統(tǒng)頻率范圍：0.1-3.5THz；所述的樣本檢測倉選用聚乙烯材料。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于太赫茲多參數(shù)譜的煤巖界面識別方法，其特征在于：每次采集煤巖樣品的太赫茲時域光譜時選取3-5個不同的點位進行采集，每個點位重復采集3-4次光譜。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于太赫茲多參數(shù)譜的煤巖界面識別方法，其特征在于：所述步驟1在檢測過程中，采用太赫茲時域光譜系統(tǒng)的透射掃描模塊，獲取以干燥空氣為背景的參考信號時域光譜和煤巖樣品的太赫茲時域光譜，所述干燥空氣濕度低于5％。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于太赫茲多參數(shù)譜的煤巖界面識別方法，其特征在于：所述步驟2經(jīng)傅里葉變換后的太赫茲頻譜范圍為0.1～3.5THz；

基于太赫茲頻域光譜提取透射光譜T(ω)、折射率光譜n(ω)和吸收系數(shù)光譜α(ω)采用THz光學參數(shù)提取模型，計算公式如下：

T(ω)＝E_sam(ω)/E_ref(ω)

其中，透射系數(shù)為T(ω)，E_ref(ω)和E_sam(ω)分別為參考信號太赫茲頻譜和樣品太赫茲頻譜，樣品的厚度為d，c為光速，n(ω)為樣品的折射率，α(ω)為樣品的吸收系數(shù)，ρ(ω)項為測試樣品信號與參考信號幅度的比值，項為測試樣品信號與參考信號的相位差，k(ω)為測試樣品復折射率的虛部，也稱為消光系數(shù)。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于太赫茲多參數(shù)譜的煤巖界面識別方法，其特征在于：所述步驟2通過加窗技術對透射光譜、折射率光譜和吸收光譜進行優(yōu)選，提取信噪比較高的0.4-1THz頻段光譜數(shù)據(jù)，并利用Savitzky-Golay平滑方法處理光譜曲線，消除系統(tǒng)和環(huán)境噪聲。