[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

摘要

本发明涉及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：用太赫兹时域光谱系统获得空载状态下的参考信号和涂层样品测量信号；用EEMD算法对输入两类信号进行降噪处理，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；设定初始参数，包括涂层样品类型、初始误差；用最优化算法求解拟合信号；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。

主权项

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：/nS1：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)；/nS2：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；/nS3：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)；/nS4：设定初始参数，包括涂层样品类型和初始误差；/nS5：用最优化算法求解拟合信号，方法如下：/nS5.1：对待求信号E_obj(t)进行建模；/nE_obj(t)＝E₁(t)+E₂(t)＝k₁E_eemd-ref(t+Δt₁)+k₂E_eemd-ref(t+Δt₂)/nE₁(t)＝k₁E_eemd-ref(t+Δt₁)/nE₂(t)＝k₂E_eemd-ref(t+Δt₂)/nE₁(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；/nS5.2：对太赫兹脉冲信号在样品内的多重反射效应进行建模；/n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：/nE₃(t)＝k₃E_eemd-ref(t+Δt₂+dt)，E₄(t)＝k₄E_eemd-ref(t+Δt₂+2×dt)，/n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：/nE_i(t)＝k_iE_eemd-ref(t+Δt₂+(i-2)×dt)，/n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：/n /nS5.3：令误差函数Y达到最小值，获取最优拟合信号E_best-sim(t)；/n误差函数Y定义为：/n /n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；/nS6：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；/nS6.1：消除多重反射信号的混叠，获取待求信号/nS6.2：计算涂层厚度d。/n