發(fā)布時間：2020-11-11 00:09

　　 造紙業(yè)的發(fā)展對于國家經(jīng)濟建設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,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)技術是近年來新興的技術,它的波段介于電磁波和紅外波之間,它的很多特殊性質(zhì)使得太赫茲技術在物質(zhì)識別、定量檢測及環(huán)境監(jiān)控等領域被廣泛研究。本文研究了基于太赫茲光譜技術的紙頁厚度檢測,建立了紙頁與太赫茲波相互作用的理論模型,并分別采用基于實驗數(shù)據(jù)和理論模型的方法實現(xiàn)紙頁厚度檢測,取得了較好的結果,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、太赫茲時域光譜系統(tǒng)以及本文采用的透射式太赫茲系統(tǒng)三個方面詳細介紹了太赫茲時域光譜技術。2、建立紙頁與太赫茲信號相互作用的理論模型�；�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)太赫茲透射模型進行仿真,研究紙頁太赫茲信號的不同特征(時域信號和頻域信號)與紙頁厚度之間的關系,為基于太赫茲技術實現(xiàn)紙頁厚度檢測提供理論指導,證明基于太赫茲技術實現(xiàn)紙頁厚度定量檢測的可行性。3、研究了基于太赫茲實驗數(shù)據(jù)進行紙頁厚度檢測的方法。首先利用太赫茲時域光譜技術測量紙頁的太赫茲光譜,分別提取時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)特征進行比較,結果表明頻域相位譜具有較好的預測結果,為了進一步提高檢測的準確性,提出了利用粒子群算法(BPSO)和偏最小二乘(PLS)結合的智能算法,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)進行預測,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,結果表明BPSO-PLS方法提高了紙頁厚度預測的準確性�？紤]到僅采用相位譜進行厚度預測,丟失了幅值譜中的信息,因此進一步研究了融合幅值譜和相位譜進行紙頁厚度檢測的方法,并將集合經(jīng)驗模態(tài)分解(EEMD)和多維偏最小二乘(NPLS)結合,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系。研究結果表明通過融合紙頁的幅值譜和相位譜可以進一步提高紙頁厚度預測的準確性。4、研究了基于太赫茲理論模型進行紙頁厚度參數(shù)檢測的方法,給出了此方法的工作機理,將紙頁的太赫茲實驗信號作為優(yōu)化目標,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果與實驗檢測結果一致,進行參數(shù)調(diào)整時選擇Nelder-Mead算法優(yōu)化理論,最終實現(xiàn)紙頁厚度的參數(shù)提取。結果表明基于太赫茲理論模型可以很好的實現(xiàn)紙頁厚度檢測,且此方法僅需要一次實驗即可準確實現(xiàn)紙頁厚度檢測的優(yōu)勢。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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)

碩士學位論文區(qū)域之間。它既不是遠紅外區(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的其他電磁輻射(微波、紅外、X-射線、 -射線)早已研究和應用，太赫茲波段對于人們來說，尚未得到充分的認識和開發(fā)利用茲波既有光的特性，又有波的特性。但電子學與光學的差異很大，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研究領交叉部分，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為是具有電子學和光子學的綜合特性[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】

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本文編號：2878491