[發明專利]一種基于時頻分析的太赫茲厚度檢測優化方法

有效

• 申請號: 202011008574.5
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112162295B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 劉永利;朱新勇;郭永玲;王玉建
• 申請（專利權）人: 青島青源峰達太赫茲科技有限公司
• 主分類號: G01S17/14
• 分類號: G01S17/14;G01S7/48;G06F17/14;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發明公開了一種基于時頻分析的太赫茲厚度檢測方法，通過太赫茲系統采集太赫茲時域脈沖信號，根據設置的峰值幅度閾值T_i，依次查找時域信號中的反射峰及反射峰對應的位置，組成反射峰位置數組Pt，將時域信號的時頻分析，獲得時域信號的時頻矩陣，基于反射峰位置查詢信號時頻矩陣對應位置附近瞬時頻率特征向量，計算與第一反射峰對應的瞬時頻率特征向量V₁與其他反射峰對應的瞬時頻率特征向量之間的相似度系數，過濾獲取有效的峰值檢索數組Ptf，比對Pt和Ptf，獲取二者交集數據Pi，根據Pi，依次計算各層厚度d，輸出厚度數組D。將時頻分析引入到峰值檢索中，同時基于點的瞬時頻率向量相似度分析，對峰值進行有效辨識。

技術領域：

本發明屬于太赫茲光譜和成像技術領域，具體涉及一種基于時頻分析的太赫茲厚度檢測優化方法。

背景技術：

太赫茲波是介于紅外線和微波之間的一段電磁波，由于處于光子學到電子學的過渡區域，其具有很多獨特的屬性。如指紋光譜性、低能性、特殊穿透性等，特別是特殊穿透性使其可以穿透陶瓷、皮革、紙張、橡膠、高分子涂層等眾多材料實現厚度飛行時間(TOF，Timeof Flight)層析。由于太赫茲典型脈沖信號脈寬在1ps量級，因此其理論可實現的縱向測量分辨率可達數十μm量級，由于太赫茲厚度測量方法在測量分辨率和精度上的優勢，其使用日益成為厚度測量領域不可或缺的一員。

然而，由于脈沖太赫茲信號的產生方法的技術局限性，目前所獲得的太赫茲信號通常是比較微弱的(通常在μw或nw量級)，加之各種材料以及水分對太赫茲波的吸收損耗，導致太赫茲波進行厚度測量時穿透能力不足，反射回波信號更加微弱。目前進行厚度計算的方法為尋峰算法，這種方法計算簡單，運算量低，但往往因為太赫茲脈沖時域信號的信噪比不佳導致峰位置漏檢或誤檢，最終造成厚度測量誤差。

發明內容：

鑒于太赫茲厚度測量算法的局限性，本專利提出一種基于時頻分析厚度測量優化方法，旨在通過方法的引入，同時從時域和頻域判定反射峰位置和進行弱反射峰檢索，通過分析頻域信號頻譜特征，排除非反射干擾噪聲峰值的影響，最終實現厚度的高精度測量。

為了實現上述目的，本發明涉及的一種基于時頻分析的太赫茲厚度檢測方法，包括以下步驟：

步驟1：通過太赫茲系統采集太赫茲時域脈沖信號，進行簡單預處理；

步驟2：時域信號的時頻分析，獲得時域信號的時頻矩陣，令i＝1；

步驟3：設置第i反射峰峰值幅度閾值T_i，查找時域信號中的第i反射峰，獲取第i反射峰位置P_i，即在太赫茲時域波形圖中的橫坐標；

步驟3：根據第i反射峰的位置P_i，查詢信號時頻矩陣對應位置附近瞬時頻率特征向量V_i；

步驟4：判斷T_i是否小于設定值，若否i＝i+1，重復步驟3，否則進入下一步；

步驟5：將步驟3-步驟4獲取的所有反射峰的位置組成反射峰位置數組P_t(P₁，……，P_n),i為1,2,…,n；

步驟6：計算與第一反射峰對應的瞬時頻率特征向量V₁與其他反射峰對應的瞬時頻率特征向量V_i之間的相似度系數，獲取相似度數據，其中i為1,2,…,n，設定相似度篩選閾值T_rs，過濾獲取有效的峰值檢索數組P_tf；

步驟7：比對時域低閾值峰值檢索矩陣Pt和時頻域峰值檢索矩陣P_tf，獲取二者交集數據P_i，其為有效峰組，其中數組元素匹配誤差設置為τ，即允許的峰值位置最大偏離；

步驟8：根據以下公式，依次計算各層厚度d，輸出厚度數組D