發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 00:09

　　 造紙業(yè)的發(fā)展對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們生活福祉方面產(chǎn)生重要影響。厚度參數(shù)是紙質(zhì)量問題的主要指標(biāo),將紙頁厚度控制在合理可控的范圍內(nèi)是保證紙的其他性能需求的首要條件。太赫茲(Terahertz,THz)技術(shù)是近年來新興的技術(shù),它的波段介于電磁波和紅外波之間,它的很多特殊性質(zhì)使得太赫茲技術(shù)在物質(zhì)識別、定量檢測及環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域被廣泛研究。本文研究了基于太赫茲光譜技術(shù)的紙頁厚度檢測,建立了紙頁與太赫茲波相互作用的理論模型,并分別采用基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論模型的方法實(shí)現(xiàn)紙頁厚度檢測,取得了較好的結(jié)果,本文的主要研究工作和成果如下:1、介紹了紙頁厚度在線檢測和太赫茲技術(shù)發(fā)展的的現(xiàn)狀,闡明了本課題的研究意義。并從太赫茲產(chǎn)生和探測原理、太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)以及本文采用的透射式太赫茲系統(tǒng)三個(gè)方面詳細(xì)介紹了太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)。2、建立紙頁與太赫茲信號相互作用的理論模型。基于菲涅爾公式,考慮多重反射的影響,建立了太赫茲與紙頁相互作用的透射模型,并根據(jù)太赫茲透射模型進(jìn)行仿真,研究紙頁太赫茲信號的不同特征(時(shí)域信號和頻域信號)與紙頁厚度之間的關(guān)系,為基于太赫茲技術(shù)實(shí)現(xiàn)紙頁厚度檢測提供理論指導(dǎo),證明基于太赫茲技術(shù)實(shí)現(xiàn)紙頁厚度定量檢測的可行性。3、研究了基于太赫茲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行紙頁厚度檢測的方法。首先利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)測量紙頁的太赫茲光譜,分別提取時(shí)域和頻域特征建立紙頁厚度檢測的定量模型,并將數(shù)據(jù)特征進(jìn)行比較,結(jié)果表明頻域相位譜具有較好的預(yù)測結(jié)果,為了進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確性,提出了利用粒子群算法(BPSO)和偏最小二乘(PLS)結(jié)合的智能算法,篩選紙頁的相位信息并建立紙頁厚度模型并對紙頁厚度參數(shù)進(jìn)行預(yù)測,并與常用的建模方法做對比,包括PLS和最優(yōu)單頻線性回歸法,結(jié)果表明BPSO-PLS方法提高了紙頁厚度預(yù)測的準(zhǔn)確性。考慮到僅采用相位譜進(jìn)行厚度預(yù)測,丟失了幅值譜中的信息,因此進(jìn)一步研究了融合幅值譜和相位譜進(jìn)行紙頁厚度檢測的方法,并將集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)�態(tài)分解(EEMD)和多維偏最小二乘(NPLS)結(jié)合,其中EEMD分解提取主要信號并去噪處理,N-PLS法建立紙頁的幅值和相位信息與紙頁厚度的關(guān)系。研究結(jié)果表明通過融合紙頁的幅值譜和相位譜可以進(jìn)一步提高紙頁厚度預(yù)測的準(zhǔn)確性。4、研究了基于太赫茲理論模型進(jìn)行紙頁厚度參數(shù)檢測的方法,給出了此方法的工作機(jī)理,將紙頁的太赫茲實(shí)驗(yàn)信號作為優(yōu)化目標(biāo),以A160和A80紙頁為例,利用研究內(nèi)容2建立的理論模型,不斷修改模型的輸入?yún)��?shù),最終使得理論模型輸出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果一致,進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時(shí)選擇Nelder-Mead算法優(yōu)化理論,最終實(shí)現(xiàn)紙頁厚度的參數(shù)提取。結(jié)果表明基于太赫茲理論模型可以很好的實(shí)現(xiàn)紙頁厚度檢測,且此方法僅需要一次實(shí)驗(yàn)即可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)紙頁厚度檢測的優(yōu)勢。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O441;TS77
【部分圖文】：

1圖 1-1 中國紙生產(chǎn)量和消費(fèi)量 10 年間變化圖re 1-1 Paper production and consumption structure of China over the last 10012 年開始，紙生產(chǎn)量和消費(fèi)量雖在增長，可增長速度一直在率為 0.91%，造紙業(yè)遇到行業(yè)天花板是必然，這意味著造紙業(yè)

碩士學(xué)位論文區(qū)域之間。它既不是遠(yuǎn)紅外區(qū)，也不是微波區(qū)，而是全新且特殊的一段電磁。位于太赫茲波的兩側(cè)的其他電磁輻射(微波、紅外、X-射線、 -射線)早已研究和應(yīng)用，太赫茲波段對于人們來說，尚未得到充分的認(rèn)識和開發(fā)利用茲波既有光的特性，又有波的特性。但電子學(xué)與光學(xué)的差異很大，兩種電磁波源工作方式不同，與物質(zhì)的相互作用也不同，太赫茲波處于這兩個(gè)研究領(lǐng)交叉部分，該波段也被稱為“太赫茲空隙”(THzgap)。由于太赫茲的特殊位置赫茲被認(rèn)為是具有電子學(xué)和光子學(xué)的綜合特性[27-29]。這也促使人們加速對太頻段的光譜特性研究。

圖 2-1 光電導(dǎo)天線發(fā)射太赫茲脈沖原理圖Figure 2-1 Schematic of THz pulse thought photoconductive antenn光導(dǎo)材料激發(fā)太赫茲信號的過程中，發(fā)射源可被人們比作密度 J ( t )為：( ) ( ) bJ t N t e E 表示半導(dǎo)體中的電流密度，N(t)表示光生電子的密度，示電子遷移率，bE 表示偏置電場的電場強(qiáng)度。的作用下，根據(jù) Maxwell 公式可知，向外輻射的太赫茲波2 20 01 ( ) ( )4 4 THz bA J t Ae N tE Ec z t c z t測點(diǎn)到天線的直線距離，c 是真空光速，0 為自由空間體的表面積。常用產(chǎn)生太赫茲輻射的方法是光整流，這種方法激發(fā)太赫
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2878491