[发明专利]一种基于太赫兹脉冲频谱与最优化算法的涂层厚度测量方法

权利要求书

1.一种基于太赫兹脉冲频谱与最优化算法的涂层厚度测量方法，包括以下步骤：

S1：用太赫兹时域光谱系统获得空载状态下的参考信号E_ref(t)和涂层样品测量信号E_mea(t)；

S2：将参考信号E_ref(t)和涂层样品的测量信号E_mea(t)输入计算机；

S3：用EEMD算法对输入两类信号进行降噪处理，得到测量信号E_mea(t)和参考信号E_ref(t)的EEMD分解结果，对分解结果进行信号重建，获得重建后的测量信号和参考信号，分别记作E_eemd-mea(t)和E_eemd-ref(t)；

S4：设定初始参数，包括涂层样品类型和初始误差；

S5：用最优化算法求解拟合信号，方法如下：

S5.1：对待求信号E_obj(t)进行建模；

E_obj(t)＝E₁(t)+E₂(t)＝k₁E_eemd-ref(t+Δt₁)+k₂E_eemd-ref(t+Δt₂)

E₁(t)＝k₁E_eemd-ref(t+Δt₁)

E₂(t)＝k₂E_eemd-ref(t+Δt₂)

E₁(t)为由涂层表层反射的反射信号，为第一级反射信号，E₂(t)为由基底第一次反射所得的反射信号，为第二级反射信号，k₁、k₂为根据菲涅尔定律与介质对太赫兹信号吸收性所确定的系数，Δt₁、Δt₂为反射信号E₁(t)、E₂(t)对应的飞行时间，规定Δt₂＞Δt₁；

S5.2：对太赫兹脉冲信号在样品内的多重反射效应进行建模；

当信号发生多重反射时，各个反射信号之间的飞行时间差为定值dt＝Δt₂-Δt₁，则：

E₃(t)＝k₃E_eemd-ref(t+Δt₂+dt)，E₄(t)＝k₄E_eemd-ref(t+Δt₂+2×dt)，

其中，E₃(t)、E₄(t)为由涂层基底第二次、第三次反射回来的太赫兹波，分别是第三级、四级反射信号，与k₁、k₂同理可得系数k₃、k₄，因此，第i级多重反射信号为：

E_i(t)＝k_iE_eemd-ref(t+Δt₂+(i-2)×dt)，

其中i>2，对E_i求和，得到包含所有多重反射信号的总拟合信号：

S5.3：令误差函数Y达到最小值，获取最优拟合信号E_best-sim(t)；

误差函数Y定义为：

将误差函数Y作为最优化算法的目标函数，在每一次循环中，向总拟合信号E_sim(t)中加入反射信号E_i(t)，其中i>2，使E_sim(t)更接近获取的测量信号E_eemd-mea(t)，从而降低误差函数Y的值，直至Y值的减少小于预设的一个小正数，获得与测量信号E_eemd-mea(t)相比误差最小的最优拟合信号参数k_i、Δt₁、Δt₂以及引入的反射信号级数n；

S6：输出拟合结果，通过消去拟合信号中多余的反射信号获得待求信号计算涂层厚度；

S6.1：消除多重反射信号的混叠，获取待求信号

S6.2：计算涂层厚度d。