[发明专利]一种基于太赫兹多参数谱的煤岩识别方法

权利要求书

1.一种基于太赫兹多参数谱的煤岩界面识别方法，使用太赫兹时域光谱仪，太赫兹时域光谱仪包括用于产生光源的飞秒激光器(3)、产生太赫兹脉冲的发射天线(1)、样本检测仓(4)、收太赫兹脉冲的接收天线(2)以及调整飞秒激光和太赫兹脉冲之间时间差的延时线(5)五个部分；所述的样本检测仓(4)位于发射天线(1)和接收天线(2)之间，发射天线太赫兹光垂直作用到样本检测仓(4)的煤岩样品上；其特征在于步骤如下：

步骤1，分别从不同品种的煤岩中挑选并制作煤岩样品，使用太赫兹时域光谱仪采集参考信号和煤岩样品的太赫兹时域光谱数据，所述的煤岩样品包括：无烟煤、烟煤、褐煤、砂岩和页岩几类；

步骤2，利用快速傅里叶变换将太赫兹时域光谱转换为太赫兹频域光谱；从太赫兹频域光谱中提取各个煤岩样品的透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱；并对透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱分别进行平滑和加窗预处理，经过比较后分别选取透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱中0.4-1.0THz频段的光谱数据；

步骤3，将透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱的光谱数据标注为煤和岩的光谱数据，利用线性判别式分析技术对光谱数据进行降维和特征提取；

步骤4，利用深度神经网络对透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱进行联合分析建模；

步骤5，采集如步骤1中不同品种煤岩并制作样本，获取煤、岩样本的太赫兹时域光谱，经步骤2处理后带入步骤3和步骤4所建模型中，进行煤岩界面识别。

2.根据权利要求1所述的基于太赫兹多参数谱的煤岩界面识别方法，其特征在于：所述的飞秒激光器太赫兹时域光谱采集装置为天津大学组建的系统设备，其中心波长800nm，带宽大于70nm，重复频率80MHz；所述的发射天线的材质为高阻砷化镓，所述的接收天线材质为蓝宝石上硅，系统频率范围：0.1-3.5THz；所述的样本检测仓选用聚乙烯材料。

3.根据权利要求1所述的基于太赫兹多参数谱的煤岩界面识别方法，其特征在于：每次采集煤岩样品的太赫兹时域光谱时选取3-5个不同的点位进行采集，每个点位重复采集3-4次光谱。

4.根据权利要求1所述的基于太赫兹多参数谱的煤岩界面识别方法，其特征在于：所述步骤1在检测过程中，采用太赫兹时域光谱系统的透射扫描模块，获取以干燥空气为背景的参考信号时域光谱和煤岩样品的太赫兹时域光谱，所述干燥空气湿度低于5％。

5.根据权利要求1所述的基于太赫兹多参数谱的煤岩界面识别方法，其特征在于：所述步骤2经傅里叶变换后的太赫兹频谱范围为0.1～3.5THz；

基于太赫兹频域光谱提取透射光谱T(ω)、折射率光谱n(ω)和吸收系数光谱α(ω)采用THz光学参数提取模型，计算公式如下：

T(ω)＝E_sam(ω)/E_ref(ω)

其中，透射系数为T(ω)，E_ref(ω)和E_sam(ω)分别为参考信号太赫兹频谱和样品太赫兹频谱，样品的厚度为d，c为光速，n(ω)为样品的折射率，α(ω)为样品的吸收系数，ρ(ω)项为测试样品信号与参考信号幅度的比值，项为测试样品信号与参考信号的相位差，k(ω)为测试样品复折射率的虚部，也称为消光系数。

6.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹多参数谱的煤岩界面识别方法，其特征在于：所述步骤2通过加窗技术对透射光谱、折射率光谱和吸收光谱进行优选，提取信噪比较高的0.4-1THz频段光谱数据，并利用Savitzky-Golay平滑方法处理光谱曲线，消除系统和环境噪声。