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原文传递基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测方法和系统

专利名称：	基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测方法和系统
摘要：	本发明公开了一种基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测方法和系统，涉及痕量物质检测领域，包括：通过超构表面局域光场提高光场与待测样品的相互作用的效率；通过太赫兹高光谱成像技术采集样品的高光谱图像数据；利用特征提取算法提取光谱数据中的特征信息；通过建立基于特征信息的模型进行定量分析，并得出痕量物质的浓度、成分等信息。使用太赫兹高光谱成像技术进行检测，具有高灵敏度、无损检测等特点，可以对痕量物质进行快速、准确、定量的检测。此外，该方法不需要对样品进行处理，对样品在传感器表面的制备工艺要求低，避免了样品污染、检测误差以及痕量样品在结构表面由于分布不均导致的误差。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院
发明人：	王日德;常超;阮浩;王佳艺;张晓宝;杨霄;娄菁;刘晓宇;江润东
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-21T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-14T00:00:00+0800
申请号：	CN202311049463.2
公开号：	CN117054369A
代理机构：	天津朗熠知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	刘杨
分类号：	G01N21/3586;G01N21/01;G06F17/14;G06N20/00;G;G01;G06;G01N;G06F;G06N;G01N21;G06F17;G06N20;G01N21/3586;G01N21/01;G06F17/14;G06N20/00
申请人地址：	100071 北京市丰台区东大街53号院
主权项：	1.一种基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测方法，其特征在于，包括：通过紫外光刻和磁控溅射将金属超构表面加工在石英、硅或有机高分子衬底表面制成超表面结构，所述超表面结构用于提高光场与待测样品的相互作用的效率；将超表面结构放置于水平二维平移台上，将太赫兹信号以倾斜10°的方向辐射到所述超表面结构上，经过超表面反射，对反射信号进行收集，扫描二维平移台，对每次移动后的位置对应的超表面进行光谱收集和成像；对超表面单元结构的谐振响应进行分析，并将其作为参考信号；在相同的条件参数下，将预处理后的痕量待检样品转移到所述超表面结构表面并置于样品台上，在二维平面上平移所述样品台，对每次移动后的位置对应的所述待检样品表面进行成像和光谱收集；利用特征提取算法提取光谱数据中的特征信息；建立所述待检样品在所述超表面结构上的二维分布信息和超表面结构的电磁响应特性谱线；通过建立基于所述特征信息的模型进行定量分析，得出所述待检样品的浓度信息和/或成分信息。 2.根据权利要求1所述的基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测方法，其特征在于，所述特征提取算法包括：主成分分析算法和小波分析算法。 3.根据权利要求1所述的基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测方法，其特征在于，模型建立使用机器学习算法。 4.根据权利要求1所述的基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测方法，其特征在于，所述光谱收集得到的高光谱图像包括从0.5THz至7THz范围内的特征光谱区间。 5.根据权利要求1所述的基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测方法，其特征在于，所述建立所述待检样品在所述超表面结构上的二维分布信息和超表面结构的电磁响应特性谱线的步骤具体包括：分析所述超表面结构的单元结构，根据各位置生成的成像图形，提取各位置处的太赫兹光谱信息，分析放物质前后共振单元谐振频率漂移量；对扫描的各个位置处得到的频率漂移量进行求和，接着除以成像面积，获得一条平均光谱信号，每条光谱包含2048个点；对不同痕量的物质重复如上操作，建立频率漂移与痕量物质的量之间的对应关系。 6.一种基于太赫兹高光谱成像的痕量物质检测系统，其特征在于，包括：二维平移模块，包括样品台以及设置在所述样品台上的超表面结构，所述超表面结构用于承载待检样品；控制驱动模块，用于控制所述样品台进行移动扫描，以便于在稳定的环境下对所述待检样品表面进行成像和光谱收集后的样品台移动；激发和探测模块，包括宽带太赫兹发射光源和宽带探测器，发射源用于激发超构表面单元结构的电磁响应，探测器利用太赫兹高光谱成像技术采集待检样品的高光谱图像，所述高光谱图像包括从0.5THz至7THz范围内的特征光谱区间；扫描模块，包括控制器和三维扫描平移台，用于移动样品台，对待检样品在超表面上的分布进行分析；信号采集模块，对各像素区域成像并提取太赫兹光谱，分析不同位置处样品的不同分布对单元结构谐振的影响，建立像素区域内谐振平均漂移与待检样品浓度之间的依赖关系。