[发明专利]基于脉冲太赫兹技术的渗胶界面折射率粒子群优化方法

权利要求书

1.一种基于脉冲太赫兹技术的渗胶界面折射率粒子群优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、配置太赫兹时域光谱系统为透射式检测方式，分别记录无样品状态下及放置检测样品状态下的太赫兹时域信号，获取高孔隙率材料检测样品及胶的光学参数；所述光学参数包括高孔隙率材料检测样品的折射率n₁(ω)、消光系数κ₁(ω)及胶的折射率n₂(ω)、消光系数κ₂(ω)；

步骤二、配置太赫兹时域光谱系统为反射式检测方式，利用反射式太赫兹时域光谱系统，采集调整至焦距处的金属板反射太赫兹频域信号，将其除以金属板反射率及镜头至金属板的空气相位延迟，获得仿真输入信号；所述步骤二包括以下具体过程：

将表面反射系数为r以上的金属板放置在太赫兹镜头下，采集太赫兹时域信号并将其设置为参考信号E_mirror(t)，同时对其进行傅里叶变换获得其对应的参考频域信号E_mirror(ω)；采用景深微调结构，调整太赫兹镜头与金属板之间的距离，对比时域信号、频域信号，并实时更换参考信号；将调整后的太赫兹频域信号E_mirror(ω)除以金属板反射系数r及焦距产生的空气相位延迟P₀(ω)，作为仿真输入信号E_ref(ω)：

其中，为空气的复折射率，c为光速，l₀为太赫兹到金属板的距离即焦距，ω为频率，i为虚数单位；

步骤三、利用反射式太赫兹时域光谱系统采集高孔隙率材料胶接结构的太赫兹时域信号，设置行列采集步长分别为M、N，获得M×N×T的太赫兹数据集合IM，T为数据长度；

步骤四、建立初始传播仿真模型：利用菲涅尔系数和电磁波传播方程，在频域上建立初始THz传播仿真模型；利用逆傅里叶变换将其转变为时域上的太赫兹传播仿真模型；所述步骤四包括以下具体过程：

根据电磁波传播理论，利用菲涅尔系数和电磁波传播方程，在频域上建立初始THz传播仿真模型：

反射太赫兹波写为：

其中，E_ref(ω)和H(ω)分别为输入的参考信号和仿真模型的传递函数；R_i,i+1(ω),T_i,i+1(ω)分别为太赫兹波通过第i层介质到第i+1层介质所对应的反射系数和透射系数的傅里叶变换；P_i(ω)为太赫兹波在不同介质传输等效时间延迟后产生的相移；

利用逆傅里叶变换将其转变为时域上的太赫兹传播仿真模型：

设仿真模型中入射THz脉冲经过傅里叶变换表示成E_ref(ω)，反射THz光谱E_R(ω)与反射式传递函数H_R(ω)之间的函数关系，反射式THz波的时域信号为其频域信号所对应的逆傅里叶变换，即：

步骤五、设置渐变折射率模型初值：根据洛伦兹—洛伦茨理论获得初始理论渐变折射率层的曲线，在渐变折射率曲线上每隔相同距离选取一个折射率作为折射率初值；所述步骤五包括以下过程：

根据洛伦兹—洛伦茨理论，假定得：

其中，h为形成的渐变折射率层厚度；d_j为渐变折射率层第j层的厚度；为胶层折射率；为应变隔离垫的折射率；为渐变折射率层第j层的折射率；

利用上式获得初始理论渐变折射率层的曲线，在渐变折射率曲线上隔相同距离选取一个折射率作为折射率初值，折射率初值各层厚度初值均为d_kz；

步骤六、设置适应度函数：选取实际太赫兹检测集合IM中的某一区域的某典型太赫兹信号或平均信号W_m,n(t)，该处的仿真模拟太赫兹信号为E_R(t)，利用皮尔森相关系数作为两者适应度函数；所述步骤六中设置的适应度函数表示为：

其中，为E_R(t)平均值，为W_m,n的平均值，Cov(E_R,W_m,n)为两者的协方差，仿真模拟太赫兹信号的标准差，为W_m,n(t)的标准差，t为信号的长度；

步骤七、粒子群算法优化太赫兹传播仿真模型：设置粒子群初值为种群数量为5000，迭代终止条件为相关系数变化率小于1×10^-4，输出渐变折射率模型ne_kz(ω)，各层厚度为de_kz，

步骤八、将输出渐变折射率模型代入太赫兹传播仿真模型中，公式为：

其中，即公式第一行，为空气层到应变隔离垫的反射太赫兹回波；

即公式第二行，为应变隔离垫到渐变折射率层的反射太赫兹回波；

即公式第三行，为渐变折射率层反射太赫兹回波；

即公式第四行，为渐变折射率层到胶层的反射太赫兹回波；

即公式第五行，为胶层到基底材料的反射太赫兹回波；

R_i,i+1(ω),T_i,i+1(ω)分别为太赫兹波通过第i层介质到第i+1层介质所对应的反射系数和透射系数的傅里叶变换；P_kz(ω)为太赫兹波在渐变折射率界面传输等效时间延迟后产生的相移。