CN111024305B - 一种利用THz信号进行真空度检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用THz信号进行真空度检测的方法，该方法是在某一真空度下，分别采集该真空度下入射的和透射过后的THz信号数据，傅里叶变换后归一化，求得入射频谱和出射频谱的幅度变化程度P(n)，并计算归一化后入射频谱和出射频率的频率变化值；做傅里叶反变换，得到对应的频率，选择其中的最大值f_max；调整真空度，重复上述步骤，以f_max横坐标，P(n)为纵坐标，绘制幅度差值‑频率图；之后选择幅度差值最大的频率，设置为检测专用频率，以真空度为横坐标，P(n)为纵坐标，制作幅度差值和真空度的拟合曲线，从而实现真空度的定标检测。该方法具有测量精确、优化数据、稳定直观的优点，易于推广应用。

Description

一种利用THz信号进行真空度检测的方法

技术领域

本发明属于THz信号处理技术领域，具体涉及一种利用THz信号进行真空度检测的方法。

背景技术

THz(太赫兹)波是一种性质特殊的波，介于毫米波与亚毫米波之间，限制THz波应用的一个很关键的因素是THz波的探测，由于现阶段光子学方法产生的THz波的功率普遍比较低，THz信号探测器的探测精确度不能达到一定的要求，同时判据也不易获得。

目前真空度检测方法可分为离线式和带电式两大类：

(1)真空度离线式检测方法具有检测设备相对简单、精确度高、性价比高、灵活性好、操作方便等优点，在真空度检测领域应用范围较广，且技术成熟，但定期停机检查真空度造成的不便成为制约该类方法发展的最主要因素。

(2)真空度带电式检测方法可实时检测真空度，及时发现真空度的劣化，但存在精度较低、成本高、抗干扰能力和稳定性较差等问题。

因此如何克服现有技术的不足是目前THz信号处理技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种利用THz信号进行真空度检测的方法，该方法减少了采用太赫兹信号探测中的不确定因素的影响，对比太赫兹信号衰减与真空度降低的关系，从而实现直观的参数和真空度的对比关系。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用THz信号进行真空度检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，在某一真空度下，分别采集该真空度下入射的THz信号数据和透射过后的THz信号数据，之后对入射的THz信号数据和透射过后的THz信号数据做傅里叶变换，之后求得归一化后入射频谱和出射频谱的幅度变化程度P(n)；

其中，X(i)为入射的THz信号数据经傅里叶变换后的数据，X’(i)为透射的THz信号数据经傅里叶变换后的数据，i为采样时刻；

步骤(2)，根据步骤(1)经傅里叶变换后的数据，计算归一化后入射频谱和出射频谱的频率变化值FD(i)；

FD(i)＝||X(i)-X’(i)||，如果FD(i)≥σ，则记录该采样时刻i；

步骤(3)，对步骤(2)记录的采样时刻的透射过后的经傅里叶变换的THz信号数据做傅里叶反变换，得到对应的频率，选择其中的最大值f_max；

步骤(4)，调整真空度，重复步骤(1)～步骤(3)，之后以f_max为横坐标，P(n)为纵坐标，以f_max跟P(n)构成的点进行连线，连线时按照f_max从小到达的顺序进行连接，绘制幅度差值-频率图；

之后选择幅度差值最大的频率，设置为检测专用频率，调整不同真空度，采用步骤(1)方法进行计算得到P(n)，之后以真空度为横坐标，P(n)为纵坐标，制作幅度差值和真空度的拟合曲线，从而实现真空度的定标检测。

进一步，优选的是，σ取值≤0.5×||X(i)||。

本发明方法是基于傅里叶变换的频谱进行的，主要用于量化分析THz信号在穿透介质时发生的频率特征的全频率范围改变；构建太赫兹信号的入射傅里叶频谱和透射傅里叶频谱；提取入射的THz信号和透射过后的THz信号数据之间频率变化指数，包括变化的频段以及变化程度两个关键指标；对比同一测量样品的不同时段的测量样本，以f_max为横坐标，P(n)为纵坐标，形成多次测点的最大变化频率直观图；通过直观图，对比太赫兹信号衰减与真空度降低的关系，从而实现直观的太赫兹参数和真空度变化的对比关系，进而解决THz信号检测和定标的问题。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明提供一种利用THz信号进行真空度检测的方法，该方法具有测量精确、优化数据、稳定直观的优点。太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，辐射强度测量的信噪比可以大于10⁴，远远高于傅立叶变换红外光谱技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰，而且其稳定性更好。通过比较太赫兹波通过气体样品前后的频谱，就可以得到气体的特征谱线。太赫兹成像技术与其他波段的成像技术相比，它所得到的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加。太赫兹的这些独特的性质，在气体检测中起到越来越重要的作用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

一种利用THz信号进行真空度检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，在某一真空度下，分别采集该真空度下入射的THz信号数据和透射过后的THz信号数据，之后对入射的THz信号数据和透射过后的THz信号数据做傅里叶变换，之后求得归一化后入射频谱和出射频谱的幅度变化程度P(n)；

其中，X(i)为入射的THz信号数据经傅里叶变换后的数据，X’(i)为透射的THz信号数据经傅里叶变换后的数据，i为采样时刻；

步骤(2)，根据步骤(1)经傅里叶变换后的数据，计算归一化后入射频谱和出射频谱的频率变化值FD(i)；

FD(i)＝||X(i)-X’(i)||，如果FD(i)≥σ，则记录该采样时刻i；

步骤(3)，对步骤(2)记录的采样时刻的透射过后的经傅里叶变换的THz信号数据做傅里叶反变换，得到对应的频率，选择其中的最大值f_max；

步骤(4)，调整真空度，重复步骤(1)～步骤(3)，之后以f_max为横坐标，P(n)为纵坐标，以f_max跟P(n)构成的点进行连线，连线时按照f_max从小到达的顺序进行连接，绘制幅度差值-频率图；

之后选择幅度差值最大的频率，设置为检测专用频率，调整不同真空度，采用步骤(1)方法进行计算得到P(n)，之后以真空度为横坐标，P(n)为纵坐标，制作幅度差值和真空度的拟合曲线，从而实现真空度的定标检测。即之后检测时，根据该拟合曲线即可快速的对应其真空度。

进一步，优选的是，σ取值≤0.5×||X(i)||。

σ取值≤0.5×||X(i)||，可以根据实际情况进行设定。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种利用THz信号进行真空度检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，在某一真空度下，分别采集该真空度下入射的THz信号数据和透射过后的THz信号数据，之后对入射的THz信号数据和透射过后的THz信号数据做傅里叶变换，之后求得归一化后入射频谱和出射频谱的幅度变化程度P(n)；

其中，X(i)为入射的THz信号数据经傅里叶变换后的数据，X’(i)为透射的THz信号数据经傅里叶变换后的数据，i为采样时刻；

步骤(2)，根据步骤(1)经傅里叶变换后的数据，计算归一化后入射频谱和出射频谱的频率变化值FD(i)；

FD(i)＝||X(i)-X’(i)||，如果FD(i)≥σ，则记录该采样时刻i；

步骤(3)，对步骤(2)记录的采样时刻的透射过后的经傅里叶变换的THz信号数据做傅里叶反变换，得到对应的频率，选择其中的最大值f_max；

步骤(4)，调整真空度，重复步骤(1)～步骤(3)，之后以f_max为横坐标，P(n)为纵坐标，以f_max跟P(n)构成的点进行连线，连线时按照f_max从小到达的顺序进行连接，绘制幅度差值-频率图；

之后选择幅度差值最大的频率，设置为检测专用频率，调整不同真空度，采用步骤(1)方法进行计算得到P(n)，之后以真空度为横坐标，P(n)为纵坐标，制作幅度差值和真空度的拟合曲线，从而实现真空度的定标检测。

2.根据权利要求1所述的利用THz信号进行真空度检测的方法，其特征在于，σ取值≤0.5×||X(i)||。