基于高斯混合模型的液體電磁參數太赫茲測量方法

謝雨杉，黃 異，鐘宇杰，羅曼婷，張政浩，林廷玲，鐘舜聰

（福州大學 機械工程及自動化學院，福建 福州 350108）

引言

太赫茲時域光譜技術是一門自20世紀末發展起來的光譜技術，廣泛應用于基礎研究和工業領域，全球許多科研工作者致力于研究其在無損檢測、化學分析、安全篩查等方面的潛在應用[1-4]。與紅外光相比，太赫茲波的透射性很強，對大部分干燥、非金屬、非極性材料都具有較好的穿透能力。

法國DUVILLARET 等學者提出了一種使用透射式太赫茲時域光譜快速可靠提取材料參數的方法，這種方法適用于大多數材料，使得透射式時域光譜技術被廣泛地應用于精確測量固體樣品的電磁參數和厚度[5-6]。但是對于在太赫茲波段不透明的材料，例如極性液體對太赫茲波具有強烈吸收、難以被其穿透的特性，若仍使用透射式時域光譜進行測量，須把樣品制備得很薄，或注入被制備得很薄的器皿中，操作上存在一定的難度。反射式時域光譜測量此類樣品可以避免這樣的局限。但在反射式系統中，太赫茲波須經過更多的光學器件，信號傳播光程更長，強度受到損失；且由于有一部分結構被暴露在密閉的樣品室外，無法完全充滿氮氣，易受到環境中水蒸氣的影響[7-8]；若沒有恰當的信號處理，太赫茲信號的頻譜將不可避免地產生變形或偽波動，引起電磁參數的振蕩。

因此，本文針對反射式系統易受干擾引起的樣品電磁參數振蕩問題，提出一種使用高斯混合模型重新構建太赫茲時域光譜的方法，剔除了原始時域信號中的不相關信息，并通過理論模型成功提取出液體樣品隨頻率變化的折射率及消光系數。……