基于太赫兹技术的纸页厚度检测方法

论文摘要

造纸业的发展对于国家经济建设和人们生活福祉方面产生重要影响。厚度参数是纸质量问题的主要指标,将纸页厚度控制在合理可控的范围内是保证纸的其他性能需求的首要条件。太赫兹（Terahertz,THz）技术是近年来新兴的技术,它的波段介于电磁波和红外波之间,它的很多特殊性质使得太赫兹技术在物质识别、定量检测及环境监控等领域被广泛研究。本文研究了基于太赫兹光谱技术的纸页厚度检测,建立了纸页与太赫兹波相互作用的理论模型,并分别采用基于实验数据和理论模型的方法实现纸页厚度检测,取得了较好的结果,本文的主要研究工作和成果如下:1、介绍了纸页厚度在线检测和太赫兹技术发展的的现状,阐明了本课题的研究意义。并从太赫兹产生和探测原理、太赫兹时域光谱系统以及本文采用的透射式太赫兹系统三个方面详细介绍了太赫兹时域光谱技术。2、建立纸页与太赫兹信号相互作用的理论模型。基于菲涅尔公式,考虑多重反射的影响,建立了太赫兹与纸页相互作用的透射模型,并根据太赫兹透射模型进行仿真,研究纸页太赫兹信号的不同特征（时域信号和频域信号）与纸页厚度之间的关系,为基于太赫兹技术实现纸页厚度检测提供理论指导,证明基于太赫兹技术实现纸页厚度定量检测的可行性。3、研究了基于太赫兹实验数据进行纸页厚度检测的方法。首先利用太赫兹时域光谱技术测量纸页的太赫兹光谱,分别提取时域和频域特征建立纸页厚度检测的定量模型,并将数据特征进行比较,结果表明频域相位谱具有较好的预测结果,为了进一步提高检测的准确性,提出了利用粒子群算法（BPSO）和偏最小二乘（PLS）结合的智能算法,筛选纸页的相位信息并建立纸页厚度模型并对纸页厚度参数进行预测,并与常用的建模方法做对比,包括PLS和最优单频线性回归法,结果表明BPSO-PLS方法提高了纸页厚度预测的准确性。考虑到仅采用相位谱进行厚度预测,丢失了幅值谱中的信息,因此进一步研究了融合幅值谱和相位谱进行纸页厚度检测的方法,并将集合经验模态分解（EEMD）和多维偏最小二乘（NPLS）结合,其中EEMD分解提取主要信号并去噪处理,N-PLS法建立纸页的幅值和相位信息与纸页厚度的关系。研究结果表明通过融合纸页的幅值谱和相位谱可以进一步提高纸页厚度预测的准确性。4、研究了基于太赫兹理论模型进行纸页厚度参数检测的方法,给出了此方法的工作机理,将纸页的太赫兹实验信号作为优化目标,以A160和A80纸页为例,利用研究内容2建立的理论模型,不断修改模型的输入参数,最终使得理论模型输出的结果与实验检测结果一致,进行参数调整时选择Nelder-Mead算法优化理论,最终实现纸页厚度的参数提取。结果表明基于太赫兹理论模型可以很好的实现纸页厚度检测,且此方法仅需要一次实验即可准确实现纸页厚度检测的优势。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 纸在线厚度检测技术研究现状
•   1.3 太赫兹时域光谱技术应用现状
•   1.4 本文的主要研究内容
•   1.5 论文的结构安排
• 2 太赫兹时域光谱技术
•   2.1 太赫兹辐射的产生与探测
•   2.2 太赫兹时域光谱系统
•   2.3 实验样品制备
•   2.4 小结
• 3 纸页的太赫兹理论模型及信号仿真
•   3.1 太赫兹透射模型
•   3.2 信号仿真手段
•   3.3 纸页的太赫兹信号仿真
•   3.4 本章小结
• 4 纸页太赫兹时域光谱特性与厚度定量分析
•   4.1 引言
•   4.2 纸页的太赫兹特征
•   4.3 基于波长选择的纸页厚度太赫兹时域光谱检测
•   4.4 基于EEMD-N-PLS模型的纸页厚度太赫兹时域光谱检测
•   4.5 本章小结
• 5 基于太赫兹理论模型的纸页厚度参数提取
•   5.1 引言
•   5.2 模型法的机理
•   5.3 基于模型法纸页厚度参数提取
•   5.4 结果与讨论
•   5.5 小结
• 6 结论与展望
•   6.1 主要工作及总结
•   6.2 进一步的研究展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王伟

导师: 曹丙花

关键词: 太赫兹光谱,光学参数提取,智能算法,理论模型,厚度预测

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,有机化工,轻工业手工业

单位: 中国矿业大学

分类号: O441;TS77

总页数: 84

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