[发明专利]一种基于时频分析的太赫兹厚度检测优化方法

说明书

本发明公开了一种基于时频分析的太赫兹厚度检测方法，通过太赫兹系统采集太赫兹时域脉冲信号，根据设置的峰值幅度阈值T_i，依次查找时域信号中的反射峰及反射峰对应的位置，组成反射峰位置数组Pt，将时域信号的时频分析，获得时域信号的时频矩阵，基于反射峰位置查询信号时频矩阵对应位置附近瞬时频率特征向量，计算与第一反射峰对应的瞬时频率特征向量V₁与其他反射峰对应的瞬时频率特征向量之间的相似度系数，过滤获取有效的峰值检索数组Ptf，比对Pt和Ptf，获取二者交集数据Pi，根据Pi，依次计算各层厚度d，输出厚度数组D。将时频分析引入到峰值检索中，同时基于点的瞬时频率向量相似度分析，对峰值进行有效辨识。

技术领域：

本发明属于太赫兹光谱和成像技术领域，具体涉及一种基于时频分析的太赫兹厚度检测优化方法。

背景技术：

太赫兹波是介于红外线和微波之间的一段电磁波，由于处于光子学到电子学的过渡区域，其具有很多独特的属性。如指纹光谱性、低能性、特殊穿透性等，特别是特殊穿透性使其可以穿透陶瓷、皮革、纸张、橡胶、高分子涂层等众多材料实现厚度飞行时间(TOF，Timeof Flight)层析。由于太赫兹典型脉冲信号脉宽在1ps量级，因此其理论可实现的纵向测量分辨率可达数十μm量级，由于太赫兹厚度测量方法在测量分辨率和精度上的优势，其使用日益成为厚度测量领域不可或缺的一员。

然而，由于脉冲太赫兹信号的产生方法的技术局限性，目前所获得的太赫兹信号通常是比较微弱的(通常在μw或nw量级)，加之各种材料以及水分对太赫兹波的吸收损耗，导致太赫兹波进行厚度测量时穿透能力不足，反射回波信号更加微弱。目前进行厚度计算的方法为寻峰算法，这种方法计算简单，运算量低，但往往因为太赫兹脉冲时域信号的信噪比不佳导致峰位置漏检或误检，最终造成厚度测量误差。

发明内容：

鉴于太赫兹厚度测量算法的局限性，本专利提出一种基于时频分析厚度测量优化方法，旨在通过方法的引入，同时从时域和频域判定反射峰位置和进行弱反射峰检索，通过分析频域信号频谱特征，排除非反射干扰噪声峰值的影响，最终实现厚度的高精度测量。

为了实现上述目的，本发明涉及的一种基于时频分析的太赫兹厚度检测方法，包括以下步骤：

步骤1：通过太赫兹系统采集太赫兹时域脉冲信号，进行简单预处理；

步骤2：时域信号的时频分析，获得时域信号的时频矩阵，令i＝1；

步骤3：设置第i反射峰峰值幅度阈值T_i，查找时域信号中的第i反射峰，获取第i反射峰位置P_i，即在太赫兹时域波形图中的横坐标；

步骤3：根据第i反射峰的位置P_i，查询信号时频矩阵对应位置附近瞬时频率特征向量V_i；

步骤4：判断T_i是否小于设定值，若否i＝i+1，重复步骤3，否则进入下一步；

步骤5：将步骤3-步骤4获取的所有反射峰的位置组成反射峰位置数组P_t(P₁，……，P_n),i为1,2,…,n；

步骤6：计算与第一反射峰对应的瞬时频率特征向量V₁与其他反射峰对应的瞬时频率特征向量V_i之间的相似度系数，获取相似度数据，其中i为1,2,…,n，设定相似度筛选阈值T_rs，过滤获取有效的峰值检索数组P_tf；

步骤7：比对时域低阈值峰值检索矩阵Pt和时频域峰值检索矩阵P_tf，获取二者交集数据P_i，其为有效峰组，其中数组元素匹配误差设置为τ，即允许的峰值位置最大偏离；

步骤8：根据以下公式，依次计算各层厚度d，输出厚度数组D