[发明专利]一种基于太赫兹时域光谱的纺织纤维鉴别方法

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹技术应用领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱技术的纺织纤维鉴别方法。

背景技术

太赫兹(1THz＝10¹²Hz)波通常是指频率范围在0.1THz到10THz的电磁波辐射，处于微波与红外光之间。太赫兹波技术具有以下特点：(1)太赫兹时域光谱技术采用光脉冲取样探测方法，可以获得太赫兹波的瞬态电场，即同时得到幅度和相位信息。(2)太赫兹辐射对陶瓷、塑料、纺织纤维等很多物质透射率高，可以用于这些材料的质量控制。(3)太赫兹辐射是一种非常安全的电磁辐5射，频率为1THz的电磁波的光子能量只有4mev，是X射线的百万分之一，对人体危害极小，可以用于无损检测。(4)利用太赫兹时域光谱技术可以获得亚皮秒、飞秒时间分辨率，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰，信噪比可以达到10¹⁰。(5)太赫兹波波长较长，受物质颗粒散射影响很小。

在纺织生产管理或产品分析中，常常要对各种状态下的纤维材料进行鉴别，有呈散纤维状态的纺织原料，也有各道工序生产的半制品或成品。由于化学纤维的大量发展，加之混纺品种的日益增多，使纺织成品的花色品种更为繁多，因此，对纺织材料进行系统鉴别是一项非常重要而复杂的工作。各种纺织纤维的外观形态与内在性质，有很多相似的地方，也有很多不同的地方。纤维鉴别，就是利用纤维的各种外观形态或内在性质的差异，采用各种方法将其区分开来。目前鉴别的方法，有手感目测法、显微镜观察法、溶解法、药品着色法以及红外光谱法等。其中，手感目测法虽是鉴别纤维最简单的方法，但无法鉴别合成纤维，而且对已经纺纱、织布的纤维也无能为力；燃烧法只能粗略地区分纤维的大类；显微镜观察法无法确切区分截面呈圆形的化学纤维，如富强纤维、涤纶、锦纶等，只能借助其他方法进行鉴别。药品着色法只适用于鉴别未染色的散纤维或纯纺纱线织物；溶解法受溶剂的浓度、溶解时的温度和作用时间等影响较大；红外光谱法是基于不同的化学基团在红外光谱中出现的特征吸收带的位置不同而进行鉴别物质的，只要两种物质的成分不同，一般情况下可以鉴别出来。但是结构相似的物质的红外光谱则区别不大，因此也很难区分。寻找新的鉴别纺织纤维方法非常重要。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种基于太赫兹时域光谱技术的纺织纤维鉴别方法，以解决现有纺织纤维鉴别技术存在的局限。

技术方案：基于太赫兹时域光谱的纺织纤维鉴别方法，其特征在于该方法主要包括以下步骤：

1)测量标准纺织纤维的太赫兹时域光谱，建立光谱数据库；

2)根据纺织纤维的太赫兹时域光谱建立纺织纤维的分类模型；

3)测量待检纺织纤维的太赫兹时域光谱，根据纺织纤维的太赫兹时域光谱分类模型和待检纺织纤维的太赫兹光谱对待检纺织纤维进行鉴别。

所述步骤1)为：以太赫兹时域光谱测量装置分别测量透过空的样品架和透过装有标准纺织纤维样品架的太赫兹脉冲时域波形，透过空样品架的波形作为参考信号，透过装有标准纺织纤维的样品架的波形作为样品信号，根据参考时域波形和样品时域波形提取标准纺织纤维在太赫兹波段的吸收系数谱。

所述步骤2)主要包括以下步骤：

21)判别模型的建立：从不同种类的纺织纤维中分别选择70％的样本组成建模用的训练集，首先应用主成分分析法提取标准纺织纤维太赫兹光谱的特征，然后选择马氏距离判别法按照不同的纺织纤维类别建立纺织纤维鉴别模型；建模与实际判别时的光谱处理方法必须一致，按照不同的纺织纤维类别分别建立区分不同纺织纤维的鉴别模型；

22)判别模型的验证：以剩余的30％的样本组成验证集，首先应用主成分分析法提取标准纺织纤维太赫兹光谱的特征，然后调用已经建立的纺织纤维鉴别模型，获得验证集样本的类别。

所述步骤3)为：以太赫兹时域光谱测量装置分别测量透过空的样品架和透过装有待测纺织纤维样品架的太赫兹脉冲时域波形，透过空样品架的波形作为参考信号，透过装有标准纺织纤维的样品架的波形作为样品信号，根据参考时域波形和样品时域波形提取标准纺织纤维在太赫兹波段的吸收系数谱，应用主成分分析法提取新样本太赫兹光谱的特征，然后调用建立好的判别模型对其进行鉴别，鉴别结果发现太赫兹光谱法能正确对纺织纤维进行分类。

所述的太赫兹时域光谱的太赫兹波的频率在0.2-2.5THz。

太赫兹时域光谱系统直接工作在室温环境下。