一种多形态非金属物质分析方法及系统与流程

本发明涉及太赫兹物质测量仪器，特别是涉及一种多形态非金属物质分析方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、非金属物质通常包括固态、液态、气态、粉末、薄膜等多种形态，物质三维结构与组成成分是衡量物质性能的关键参数。

3、物质三维结构成像仪器和物质组成成分分析仪器通常是两类相对独立的测量仪器，各有侧重，形成了相互补充、相互依存的关系。太赫兹技术凭借其指纹特性、低能安全性、强穿透性等优势，成为非金属物质测量领域的重要补充手段。

4、然而，现有太赫兹物质测量仪器尚未实现物质三维结构与组成成分分析的有机融合，无法满足固态、液态、气态等多形态非金属物质性能评估的测试需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种多形态非金属物质分析方法及系统，实现多形态非金属物质三维结构与组成成分的有机融合。

2、第一方面，本发明提供了一种多形态非金属物质分析方法；

3、一种多形态非金属物质分析方法，包括：

4、获取待测样品的透射信号和反射信号，根据透射信号和反射信号，确定待测样品的透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱；其中，透射信号和反射信号由多形态非金属物质分析系统采集；

5、对待测样品的反射太赫兹特征谱进行反傅里叶变换，获取待测样品的厚度信息；根据待测样品的厚度信息，对透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱进行时域滤波；

6、根据时域滤波后的透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱，获取待测样品的组成成分；

7、根据时域滤波后的透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱，获取待测样品的二维图片矩阵；将不同频率的二维图片矩阵输入预设的卷积神经网络进行处理，以实现跨尺度三维结构层析成像，获取待测样品的三维结构图片。

8、进一步的，所述对待测样品的反射太赫兹特征谱进行反傅里叶变换，获取待测样品的厚度信息包括：

9、根据待测样品的反射太赫兹特征谱幅值和射太赫兹特征谱相位对反射太赫兹谱进行反傅里叶变换，获取时域形式的太赫兹特征谱线；

10、提取太赫兹特征谱线中的第一反射峰值和第二反射峰值，根据第一反射峰值和第二反射峰值，确定待测样品的厚度信息。

11、进一步的，所述根据时域滤波后的透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱，获取待测样品的组成成分包括：

12、对透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱进行小波分解，根据小波分解后的小波系数，对透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱进行重构；

13、对重构后的透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱进行特征峰判断；

14、若存在特征峰，则待测样品为单组分样品，根据特征峰的位置，确定待测样品类别；

15、若不存在特征峰，根据重构后的透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱，计算待测样品的特征参数；

16、根据待测样品的形态，选取待测样品的特征参数输入训练好的机器学习网络进行处理，确定待测样品类别。

17、进一步的，所述根据透射信号和反射信号，确定待测样品的透射太赫兹特征谱和反射太赫兹特征谱包括：

18、根据待测样品的透射信号，基于透射参考信号，确定待测样品的透射太赫兹特征谱；其中，透射参考信号为对空透射信号；

19、根据待测样品的透射信号，基于反射参考信号，确定待测样品的反射太赫兹特征谱；其中，反射参考信号为强反射金属校准件的反射太赫兹信号。

20、进一步的，所述透射信号包括透射信号幅度矩阵和透射信号相位矩阵，所述反射信号包括反射信号相位矩阵和反射信号幅度矩阵。

21、第二方面，本发明提供了一种多形态非金属物质分析系统；

22、一种多形态非金属物质分析系统，包括微波激励信号发生单元、开关矩阵、功分放大模块、太赫兹信号发生阵列、第一太赫兹信号探测阵列、第二太赫兹信号探测阵列、多通道数据采集采集单元、第一光学阵列、第二光学阵列和计算机；

23、所述微波激励信号发生单元输出本振信号和射频信号，本振信号经功分放大模块处理后传输至所述开关矩阵，所述开关矩阵将射频信号和本振信号传输至所述太赫兹信号发生阵列，将本振信号传输至所述太赫兹信号探测阵列；所述太赫兹信号发生阵列在本振信号和射频信号激励下，生成太赫兹信号和参考中频信号；太赫兹信号经第一光学阵列透射至待测样品，经待测样品产生透射中频信号，通过第二光学阵列聚焦至第一太赫兹信号探测阵列；太赫兹信号经第一光学阵列产生反射中频信号并聚焦至第二太赫兹信号探测阵列；

24、所述多通道数据采集单元经所述开关矩阵获取参考中频信号、透射中频信号和反射中频信号并分别进行混频处理，获取透射信号和反射信号并传输至所述计算机；

25、所述计算机获取待测样品的透射信号和反射信号，执行上述多形态非金属物质分析方法的步骤。

26、进一步的，还包括精密控制模块，所述精密控制模块设置于第一光学阵列和第二光学阵列之间；

27、待测样品设置于所述精密控制模块。

28、进一步的，所述太赫兹信号发生阵列包括功率分配器、谐波信号发生单元和硅透镜；

29、本振信号和射频信号经功率分配器均分后分别传输至多个谐波信号发生单元，谐波信号发生单元在本振信号和射频信号的激励下，生成太赫兹子信号和参考中频信号；

30、太赫兹子信号经硅透镜实现空间功率合成，获取太赫兹信号。

31、进一步的，所述第一太赫兹信号探测阵列和所述第二太赫兹信号探测阵列的组成相同，所述第一太赫兹信号探测阵列包括硅透镜、片上天线、谐波倍频放大链路、功率放大器和功率分配器；

32、本振信号经所述功率分配器均分后分别传输至所述功率放大器，所述功率放大器将本振信号传输至谐波倍频放大链路，第一太赫兹信号经硅透镜和片上天线传输至谐波倍频放大链路，与经谐波倍频探测链路处理后的本振信号混频，以实现太赫兹信号的探测。

33、进一步的，所述第一光学阵列包括第一抛物面镜、第二抛物面镜、分束镜和第三抛物面镜，所述第二光学阵列包括第四抛物面镜和第五抛物面镜；

34、所述太赫兹信号发生阵列生成的太赫兹信号入射至所述第二抛物面镜，所述第二抛物面镜将太赫兹信号准直后入射至所述分束镜，所述分束镜将太赫兹信号划分为两束，一束太赫兹信号反射至所述第一抛物面镜，经所述第一抛物面镜聚焦至第二太赫兹信号探测阵列中的所述硅透镜；另一束太赫兹信号透射至所述第三抛物面镜，经所述第三抛物面镜聚焦至待测样品表面，经待测样品透射至所述第四抛物面镜，经所述第四抛物面镜准直后通过所述第五抛物面镜聚焦至第一太赫兹信号探测阵列中的硅透镜。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、本发明提供的技术方案，采用空间合成的太赫兹信号发生阵列，可有效提高信号功率，改善信噪比；采用太赫兹信号发生与探测阵列，可实现仪器整机的小型化高集成；太赫兹特征谱线检测分辨率跨越ghz或mhz或khz或hz量级，填补精细化太赫兹指纹谱空白；反射采用的是收发分离的技术方案，可显著提高测试动态范围；采用透反射一体化测试的技术方案，满足固态、液态、气态、粉末、薄膜等多种形态样品的测试需求；实现跨尺度三维结构层析成像，成像分辨率跨越厘米-毫米-微米量级。