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原文传递基于脉冲太赫兹技术的渗胶界面折射率粒子群优化方法

专利名称：	基于脉冲太赫兹技术的渗胶界面折射率粒子群优化方法
摘要：	本发明公开了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，针对高孔隙率胶接结构的渗胶现象，根据膜间渗透理论优化原有太赫兹波传播仿真模型，提出基于渐变折射率模型的太赫兹传播仿真模型，实现了对渗胶界面的有效仿真，为渗胶界面的折射率检测和渗胶厚度分析提供理论基础；针对渗胶界面厚度难以有效计算的问题，粒子群优化算法对渐变折射率模型进行优化，利用优化后的渐变折射率模型可获取材料的渗胶厚度，达到对材料厚度各区域厚度估计及均匀性评估的目的；针对渗胶界面的粘接质量分析，可通过优化后的传播仿真模型获得的仿真波形与实际各区域波形进行相关系数计算获得各区域相关系数值，作为粘接质量评估的一个标准。
专利类型：	发明专利
申请人：	长春理工大学
发明人：	张霁旸;任姣姣;顾健;张丹丹;李丽娟;熊伟华;牟达;刘闯
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN201911405155.2
公开号：	CN111122502A
代理机构：	长春吉大专利代理有限责任公司
代理人：	杜森垚
分类号：	G01N21/41;G01N21/3581;G01B11/06;G;G01;G01N;G01B;G01N21;G01B11;G01N21/41;G01N21/3581;G01B11/06
申请人地址：	130022 吉林省长春市朝阳区卫星路7089号
主权项：	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，获取检测样品高孔隙率材料及胶的光学参数；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；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；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；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Wm,n(t)，该处的仿真模拟太赫兹信号为ER(t)，利用皮尔森相关系数作为两者适应度函数；步骤七、粒子群算法优化仿真模型；步骤八、将输出渐变折射率模型代入传播仿真模型中。 2.如权利要求1所述的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，所述步骤一获取的光学参数包括检测样品高孔隙率材料的折射率n1(ω)、消光系数κ1(ω)及胶的折射率n2(ω)、消光系数κ2(ω)。 3.如权利要求1所述的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，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Emirror(t)，同时对其进行傅里叶变换获得其对应的参考频域信号Emirror(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Emirror(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Eref(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。 4.如权利要求1所述的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，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：反射太赫兹波可写为：其中，Eref(ω)和H(ω)分别为输入的参考信号和仿真模型的传递函数；Ri,i+1(ω),Ti,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；Pi(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可表示成Eref(ω)，反射THz光谱ER(ω)与反射式传递函数HR(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： 5.如权利要求1所述的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，所述步骤五包括以下过程：根据洛伦兹—洛伦茨理论，假定可得：其中，h为形成的渐变折射率层厚度；dj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；利用上式可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dkz。 6.如权利要求1所述的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，所述步骤六中设置的额适应度函数可表示为：其中，为ER(t)平均值，为Wm,n的平均值，Cov(ER,Wm,n)为两者的协方差，仿真模拟太赫兹信号的标准差，为Wm,n(t)的标准差，t为信号的长度。 7.如权利要求1所述的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，所述步骤八将输出渐变折射率模型代入传播仿真模型，公式为：其中，Ri,i+1(ω),Ti,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；Pkz(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。
所属类别：	发明专利