一种利用太赫兹时域谱精确测定食用油光学参数的方法

摘要

本发明公开了一种利用太赫兹时域谱精确测定食用油光学参数的方法。利用透射式太赫兹时域谱(THz-TDS)装置，测量没有放置样品时样品池的THz时域谱作为参考信号，再测量放置样品时样品池的THz时域谱作为样品信号；通过求样品信号和参考信号傅立叶变换的比值可得到样品在太赫兹波段传输系数的测量值，然后利用含容器在内的三层传输函数模型，使用Nelder-Mead寻优法和信赖域平滑法拟合样品在太赫兹波段传输系数的测量值，从而精确确定相应太赫兹波段食用油的折射率和吸收系数。本发明充分考虑了在多层介质中THz波传播时的多次反射效应，并考虑了噪声和测量误差影响，有效提高了食用油光学参数的测量精度，有利于将THz-TDS技术应用于食用油成份分析等定量检测场合。

主权项

1、一种利用太赫兹时域谱精确测定食用油光学参数的方法，其特征在于包括如下步骤：1)在太赫兹时域谱透射测量装置上，测量没有放置样品时样品池的太赫兹时域谱作为参考信号，再测量放置样品时样品池的太赫兹时域谱作为样品信号；2)利用下式计算样品信号和参考信号傅立叶变换的比值，得到样品在太赫兹波段传输系数的测量值：$H_{\exp }\left(\omega \right)=\frac{E_{\mathrm{Smaple}}^{\exp }\left(\omega \right)}{E_{\mathrm{Ref}}^{\exp }\left(\omega \right)},$其中是样品信号的傅立叶变换和是参考信号的傅立叶变换；3)根据电磁理论，利用材料的光学参数复折射率$\tilde{n}=n-\mathrm{ik}$(n为实折射率，k为消光系数)，利用建立包含容器在内的三层传输函数模型：$H_{\mathrm{Thoery}}\left(\omega \right)=\frac{E_{\mathrm{Smaple}}^{\mathrm{th}}\left(\omega \right)}{E_{\mathrm{Ref}}^{\mathrm{th}}\left(\omega \right)},$这时$E_{\mathrm{ref}}\left(\omega \right)={\eta }_0\left(\omega \right)E_0\left(\omega \right)T_{10}\left(\omega \right)P_0\left(\omega \right){\mathrm{FP}}_0^{13}\left(\omega \right)T_{03}\left(\omega \right),$$E_{\mathrm{Sample}}\left(\omega \right)={\eta }_2\left(\omega \right)E_0\left(\omega \right)T_{12}\left(\omega \right)P_2\left(\omega \right){\mathrm{FP}}_2^{13}\left(\omega \right)T_{23}\left(\omega \right),$其中$R_{\mathrm{ab}}\left(\omega \right)=\frac{{\tilde{n}}_a-{\tilde{n}}_b}{{\tilde{n}}_a+{\tilde{n}}_b}$和$T_{\mathrm{ab}}\left(\omega \right)=\frac{2{\tilde{n}}_a}{{\tilde{n}}_a+{\tilde{n}}_b}$分别为入射介质a和出射介质b的透射和反射系数；介质0为空气，介质1、3为容器壁(SiO₂)，介质2是食用油，η_x(ω)为THz波在容器壁(SiO₂)的传输、传播和多重反射因子：${\eta }_x\left(\omega \right)=T_{01}\left(\omega \right)P_1\left(\omega \right){\mathrm{FP}}_1^{0x}\left(\omega \right)P_3\left(\omega \right){\mathrm{FP}}_3^{x0}\left(\omega \right)T_{30}\left(\omega \right);$4)利用含容器在内的三层传输函数模型，使用Nelder-Mead寻优法拟合样品在太赫兹波段传输系数的测量值来确定光学参数；5)通过多次测量得到二个以上样品信号和参考信号，然后根据测量误差理论确定噪声门限和测量重复性引起的统计偏差作为平滑算法的信赖域，平滑光学参数。