第３
４卷，第５期 光谱学与光谱分析Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．５，ｐｐ
１１９６－１２００２ ０ １ ４年５月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｍａｙ
，２０１４ 基于太赫兹光谱技术的山核桃内部虫害检测初步研究
李 斌１，ＷＡＮＧ Ｎｉｎｇ２，张伟立２，赵春江３＊，张保华
１
１．北京市农林科学院，北京农业智能装备技术研究中心，北京 １０００９７ ２．Ｏｋｌａｈｏｍａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，Ｓｔｉｌｌｗａｔｅｒ，７４０７５，ＵＳＡ３．北京市农林科学院，北京农业信息技术研究中心，北京 １
０００９７摘 要 美洲山核桃是美国最重要的坚果之一，内部虫害是影响山核桃质量的重要因素。为了实现美洲山核桃内部虫害的有效快速、无损检测，初步探索应用太赫兹光谱技术检测山核桃虫害研究。收集山核桃样本并制作核桃仁１，２，３ｍｍ均匀厚度的切片，切片大小为２ｃｍ×１ｃｍ，按照同样的尺寸制作核桃壳和核桃仁中间夹层的切片；利用太赫兹时域光谱设备采集不同切片０～２ＴＨｚ波段的太赫兹吸收光谱，并对比分析了
所测切片的光谱特性；采集了活体烟草天蛾切片和干燥的山核桃虫害切片的太赫兹时域光谱，由于活体害虫的较高含水量以及太赫兹光谱对水分等极性分子的强吸收特性，与山核桃切片对比发现，活体虫害呈现非常明显的光谱吸收特性；最后，对整个山核桃样本进行了无损透射试验。研究表明，太赫兹光谱技术在检测山核桃内部虫害方面具有较好的应用潜力，为进一步认识太赫兹光谱性质，掌握样品制备方法、实验测试方法和数据获取及光学参数计算方法，应用太赫兹光谱技术开展山核桃内部虫害快速无损检测提供参考。关键词 太赫兹；山核桃；无损检测；内部虫害
中图分类号：ＴＮ２９；Ｏ６５７．３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ
．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１４）０５－１１９６－０５ 收稿日期：
２０１３－０７－１７，修订日期：２０１３－１２－１５ 基金项目：国家自然科学基金项目（
３１３０１２３７）和北京市自然科学基金项目（６１３２００９）资助 作者简介：李 斌，１９８３年生，北京市农林科学院博士 ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｂ＠ｎｅｒｃｉｔａ．ｏｒｇ
．ｃｎ＊通讯联系人 ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｃｊ＠ｎｅｒｃｉｔａ．ｏｒｇ
．ｃｎ引 言
美洲山核桃是美国最重要的坚果之一。山核桃有着光滑
的外壳，核桃仁占全部重量的４０％～６０％，因其营养丰富、
口味香美，山核桃有着很高的消费群体和经济价值［
１］
。尺寸、重量、密度、内核颜色等是影响山核桃品质的主要因素，而内部虫害则是影响山核桃质量的重要因素之一。对于存储过程中的山核桃，及时检测、隔离虫害山核桃，可以避免虫害的传播，降低同一批次山核桃的经济损失；对于销售到市场上的山核桃，在使用时发现虫害，不仅损伤了消费者的胃口，也严重影响了品牌形象，给相应的企业造成很大的经济
损失［
２，３］
。对于遭受内部虫害的山核桃来讲，仅仅通过重量或外观品质进行内部虫害检测具有一定的难度。目前主要通过抽样的方法进行山核桃内部虫害的有损检测，尚无山核桃内部虫害安全无损检测的相关报道。因此建立有效的山核桃内部品质无损检测系统对于实现山核桃品质与安全监测、推动山核桃产业健康发展具有重要意义。
光谱技术已成为农产品品质质量与安全检测的有力工
具。太赫兹（ｔｅｒａｈｅｒｔｚ，ＴＨｚ）波（或称ＴＨｚ辐射、Ｔ－射线、亚
毫米波，通常简称为ＴＨｚ）指的是频率在０．１～１０ＴＨｚ
（波长在３ｍｍ～３０μｍ）范围内的电磁辐射（１ＴＨｚ＝１０１２ Ｈ
ｚ）［４］。在电磁波谱上，太赫兹波位于微波与红外线之间，其两侧波段均有了较多的研究应用，低频太赫兹波部分呈现微波辐射特性，高频太赫兹波部分呈现光学辐射特性，处于由电子学
向光子学过渡区域，安全无电离辐射［
５］
。太赫兹波的特殊位置使其波谱具有一些独特的性质，有着良好的研究潜力和应用前景。
近十几年来，超快激光技术的迅速发展，为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使太赫兹辐射机理研究、检测技术和应用探索得到了蓬勃发展。物质的ＴＨｚ响应光谱（包括透射光谱和反射光谱）包含着丰富的物理和化学信息，研究物质的ＴＨｚ波谱响应，对于探索和分析物质结构，开展ＴＨｚ波的现实应用研究等，具有十分重要的价值。
当前，世界各国科学家都在加快推动太赫兹技术在各领
域的应用探索研究，取得了较好的进展［
６－１１］。然而，太赫兹光谱技术在农业和食品领域的研究和探索才刚刚开始，它的特性还有待于不断的通过实验加以认识，研究其潜在的科学
规律性，并不断探索其在农业和食品领域中的应用，尝试解
决工程应用问题［
１２－１４］。以美国山核桃为试验对象，基于太赫兹光谱技术，通过设计初步试验，对太赫兹波的性质及其应用潜力进行前期研究和探索，进一步认识太赫兹光谱，掌握样品制备方法，实验测试方法和数据获取及光学参数计算方法，探索可以快速无损检测山核桃内部虫害的有效手段，同时为后续开展基于太赫兹光谱技术的农产品和食品安全检测研究提供参考和指导。
研究的主要内容为：（１）制作样品切片，并利用太赫兹时域光谱仪采集不同切片０～２ＴＨｚ波段的太赫兹吸收光谱，
对比分析了所制切片的光谱特性；（２）采集活体烟草天蛾和干燥的山核桃害虫切片的太赫兹吸收光谱，并与山核桃切片对比寻找害虫独特的光谱特性；（３）在当前实验条件下，开展基于太赫兹光谱技术的整个山核桃穿透实验，对测试结果进行分析和讨论，通过初步研究为利用太赫兹光谱技术开展山核桃内部虫害无损检测提供参考和建议。
１ 实验部分
１．１ 试验对象
美洲山核桃样本购买于中南部俄克拉荷马州当地干果市场，收获于２００９年，测试实验于２０１０年展开。样本共计１００个，其中优质果９５个，虫害果５个，样本的大小、形状、重量分布均匀，随机抽取样本用于后续的太赫兹光谱测试实验。优质样本以及内部虫害果如图１所示
。
Ｆｉｇ．１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓａｍｐ
ｌｅｓ１．２ 太赫兹时域光谱设备
太赫兹时域光谱测量实验在美国俄克拉荷马州立大学先进技术研究中心（ＡＴＲＣ，ＯＳＵ）的太赫兹实验室内完成，本研究所使用的太赫兹时域光谱设备如图２所示。该设备用来自中心波长８００ｎｍ，频率８０ｆｓ，１００ＭＨｚ的锁模钛蓝宝石飞秒激光器产生的２０ｍＷ能量的光脉冲流来驱动光电导开关用于产生和探测太赫兹辐射。产生的太赫兹辐射经过高阻抗率的硅膜透镜和抛物镜得到矫正。该系统可以实现频域分辨率为１ＧＨｚ、时域信噪比达到１００００的测量。设备配有密封罩，保证整个样品测试过程环境恒温，并通过不断充入氮气，减少空气中水蒸汽的影响。１
．３ 载物台载物台用于固定测试样品，便于进行太赫兹透、反射光谱的测量。材料为铝制，整个载物台大小为：１１ｃｍ（长）、５
ｃｍ（
宽）。该载物台上有两个直径约８ｍｍ的圆形孔，用于透射太赫兹波。左侧孔用于放置参考样品，右侧孔用于放置实验样品，进行对比测试。实验时，将切片直接夹持在平台上进行透射测量。载物台如图３所示
。
Ｆｉｇ．２ ＴＨｚ ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
ｅｑｕｉｐｍｅｎ
ｔＦｉｇ．３ Ｓａｍｐ
ｌｅ ｈｏｌｄｅｒ１．４ 方法
为了研究山核桃不同部位的光谱吸收特性，利用太赫兹时域光谱设备分别采集山核桃核桃仁、核桃壳和核桃仁中间夹层部分的太赫兹吸收光谱，同时考虑到太赫兹光源能量较低而引起的透射深度有限的问题，制作了样品切片，具体做法为：制作核桃仁１，２，３ｍｍ均匀厚度切片，切片大小为２ｃｍ×１ｃｍ，按照同样的尺寸制作核桃壳和核桃仁中间夹层的
切片，然后分别固定在太赫兹设备的夹持平台上。对于每一个切片，取不同部位多次测量，每部位测量３次，然后取平
均，作为该切片在太赫兹波段的吸收特性曲线。切片样本如图４所示。
太赫兹波对水这种极性分子极为敏感，水分与太赫兹的
相互作用造成了其对太赫兹辐射的强烈吸收，不同含水量的物体呈现的太赫兹透射光谱特性曲线不同，因此可以据此区
分高含水量和低含水量的物体。Ｃｈｕａ等［１
５］
研究了小麦粉末对太赫兹时域光谱的吸收情况。分别探测了含水量在０％，１２％，１４％和１８％水平下的吸收峰。结果表明，干面粉与不同水平下湿面粉的信号差值和含水量呈现良好相关性；Ｏｇ
ａ－ｗ
ａ等［１６］
使用太赫兹反射光谱评价西红柿质量，其检测依据是西红柿运输途中碰伤区域与正常区域的组织液含量不同而造成太赫兹反射特性不同。为了研究山核桃样本的含水量，本研究利用烘干的方式对山核桃含水量进行了详细的实验测试研究，每隔一段时间，对山核桃的含水率进行测试；为了研究山核桃与害虫的太赫兹吸收光谱差异，以及活体烟草天蛾与干燥的核桃虫子之间的太赫兹吸收光谱差异，利用太赫兹时域光谱设备采集了活体烟草天蛾和干燥的山核桃害虫切
７
９１１第５期 光谱学与光谱分析
片的太赫兹吸收光谱。活体烟草天蛾和干燥的山核桃害虫样本如图５所示
。
Ｆｉｇ．４ Ｓｌｉｃｅ ｓａｍｐｌｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｐ
ｅｃａｎ
ｓＦｉｇ．５ Ｉｎｓｅｃｔ ｓａｍｐ
ｌｅｓ 为了探索利用太赫兹时域光谱设备无损检测山核桃内部虫害的应用可行性，分别选取了不同尺寸大小（２０×４２ｍｍ，１４×２５ｍｍ）
的山核桃进行透射试验，测试整个山核桃的太赫兹光谱透射情况，获取其太赫兹时域吸收光谱，并对测试结果进行分析和讨论。
２ 结果与讨论
２．１ 山核桃切片的太赫兹吸收光谱
不同厚度的山核桃仁、山核桃壳和山核桃仁中间夹层的太赫兹吸收光谱如图６所示。从吸收光谱可知在０．１～０．６ＴＨｚ波段，山核桃仁切片、山核桃壳切片，和山核桃中间夹层的太赫兹吸收光谱几乎具有相同的吸收系数，也即是相同的吸收谱值。在０．６～２ＴＨｚ波段，不同厚度或者不同部位的切片具有不同的吸收光谱，其中１．２１ｍｍ厚的核桃仁中间夹层具有最高的吸收光谱；１．８和１ｍｍ的山核桃仁切片具有中等的吸收光谱，但是１．８ｍｍ的山核桃切片由于比较厚，呈现相对较高的吸收特性；１．９３ｍｍ的山核桃仁中间夹层因致密性较差，具有较低的吸收特性。从图６也可以知道，太赫兹时域光谱设备对于不同物料的穿透能力不同，相同物料的厚度差异也影响其吸收特性。山核桃不同部位的太赫兹吸收特性都会随着波长增加而增强，但没有明显的吸收峰；在低频太赫兹波段，山核桃对太赫兹波的吸收作用有限。２．２ 山核桃含水率的测量
在８０℃条件下，利用烘培方式开展了不同干燥程度的山核桃水分含量测试实验，随机选取４个山核桃样本在不同
烘培时间的含水量测试曲线如图７所示。从测试结果可以看出，烘培前后每个山核桃含水率基本上维持在同一水平线，相差不大，烘培前山核桃的含水率大约占总重的６％～８％左右，随着烘培时间的延长含水率有所下降，但总体上变化并不明显。由此可知，对于含水量较低的山核桃来说，由水分对其造成的太赫兹波吸收特性影响不大
。
Ｆｉｇ．６ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒｔｓ ｉｎ ＴＨｚ ｒａｎｇ
ｅＦｉｇ
．７ Ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｎｕｔｍｅａｔｓ２．３ 害虫的太赫兹吸收光谱特性
为了对比内部干燥害虫、活体害虫以及山核桃之间的太赫兹吸收光谱特性差异，还研究了活体烟草天蛾和干燥的山核桃内部害虫切片的太赫兹吸收光谱特性，其在０．１～５ＴＨｚ太赫兹波段的吸收曲线如图８所示。从图中可以看出，在０．１～２ＴＨｚ波段，干燥的山核桃害虫呈现很弱的太赫兹吸收特性，无明显吸收峰；而对于活体烟草天蛾，其含水量一般占自身体重的６０％以上，具有较高的含水量，
因此活体
Ｆｉｇ．８ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
ｏｆ ｉｎｓｅｃｔｓ ｉｎ ＴＨｚ ｒａｎｇｅ８
９１１光谱学与光谱分析 第３４卷
烟草天蛾切片呈现较高的太赫兹吸收特性。通过多个样品的重复测量，太赫兹波穿过核桃切片（２ｍｍ）后，光强约衰减到了原来的１／７，穿过干燥的核桃害虫后，光强约衰减到了原来的１／１７，穿过活体烟草天蛾切片后，光强约衰减到了原来的１／３２７。由此可知，对于虫害山核桃，山核桃核桃仁、外壳、内部夹层、内部虫害的物理组成成分都不会造成其对太赫兹辐射的强烈吸收，
而水分含量较高的内部生物活体会对
Ｆｉｇ
．９ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｐｅｃａｎｓ太赫兹辐射造成较大的吸收，含水率可以作为太赫兹光谱技术用于山核桃内部虫害检测的判别依据，太赫兹时域光谱设备在检测山核桃内部虫害方面具有应用研究潜力。
２．４ 山核桃无损检测探索
基于以上研究结果，太赫兹时域光谱设备在山核桃内部虫害检测方面具有一定的潜力，为了探索太赫兹时域光谱设备无损检测的性能，选取了不同大小尺寸（２０×４２ｍｍ，１４×２５ｍｍ）
的山核桃样本进行了太赫兹透射试验，试验结果如图９所示。通过设备的实际测量，入射光强（电压表示）最大
达到１．８×１０－２ Ｖ，透射后达到９．５×１０－６ Ｖ，信号衰减了约
２
０００倍，致使输出信号与系统噪声接近，太赫兹源的发射功率有待提高。在目前条件下，只能进行有损的切片研究。
３ 结 论
以美洲山核桃为研究对象，测量了山核桃仁、外壳、夹层等切片在太赫兹波段的吸收曲线，它们在０．１～２ＴＨｚ波段均没有明显的吸收峰，呈现较弱的吸收特性；作为极性分子，水分对太赫兹有着强烈的吸收特性，根据太赫兹辐射与水分的相互作用机理，进行了活体害虫、干燥害虫的太赫兹光谱吸收特性研究，结果表明，含水率是影响太赫兹波吸收程度的关键因素；基于水分的差异分布以及太赫兹波的惧水特性，太赫兹辐射可用于美洲山核桃的内部活体害虫检测。但是，通过对整个山核桃的测试实验来看，目前的太赫兹源功率有限，暂不能穿透整个个体而开展无损检测应用，有待于更高功率太赫兹发射设备的研发。本工作在太赫兹光谱技术用于农产品和食品品质检测方面展示了较好的应用研究潜力，为今后提高太赫兹发射功率，进行山核桃内部虫害的无损检测提供了方法可行性。随着技术的发展、设备的更新以及成本的降低，太赫兹光谱技术将在农产品和食品品质安全
无损检测领域有着更为广泛的应用前景。
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９１１第５期 光谱学与光谱分析
Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｉｎｓｅｃｔ Ｄａｍａｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｅｃａｎｓ ＵｓｉｎｇＴｅｒａｈｅｒｔｚ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
ＬＩ Ｂｉｎ１，ＷＡＮＧ Ｎｉｎｇ２，ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ－ｌｉ ２，ＺＨＡＯ Ｃｈｕｎ－ｊ
ｉａｎｇ３＊，ＺＨＡＮＧ Ｂａｏ－ｈｕａ１
１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００９７，Ｃｈｉｎａ２．Ｏｋｌａｈｏｍａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，Ｓｔｉｌｌｗａｔｅｒ，７４０７５，ＵＳＡ３．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９７，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ｐｅｃａｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｎｕｔ ｉｎ ＵＳ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｉｎｓｅｃｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｐｅｃａｎ’ｓ ｑｕａｌｉｔｙ
ａ ｌｏｔ．Ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃ－ｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｓｅｃｔ ｄａｍａｇｅ ｉｎ Ａｍｅｒｉｃａｎ ｐｅｃａｎｓ ｒａｐｉｄｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ，ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｉｎｓｅｃｔ ｄａｍａｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎｐｅｃａｎｓ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａ ｓｅｔ ｏｆ ｎａｔｉｖｅ ｐｅｃａｎ ｎｕｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｗｅｒｅ ｍａｎｕａｌｌｙ
ｓｌｉｃｅｄｗｉｔｈ ａ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ａｂｏｕｔ １，２ａｎｄ ３ｍｍ ａｎｄ ｗｉｔｈ ａ ｓｉｚｅ ｏｆ ａｂｏｕｔ ２ｃｍ（ｌｅｎｇｔｈ）×１ｃｍ（ｗｉｄｔｈ）ｆｏｒ ｅｖｅｒｙ ｐｅｃａｎ ｎｕｔｍｅａｔ；Ｐｅｃａｎｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｉｎｎｅｒ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｃｕｔ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｉｚｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｔｍｅａｔ ｓｌｉｃｅｓ，ｓｈｅｌｌ，ａｎｄ ｉｎ－ｎｅｒ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ＴＨｚ ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＴＨｚ－ＴＤＳ）ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ａｇｒｏｕｐ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ａｔ ＯｋｌａｈｏｍａＳｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
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ｆｏｒ ｉｎｓｅｃｔ ｄａｍａｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ－ｉｎｇ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｓａｍｐｌｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈ－ｏｄｓ，ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｉｎｓｅｃｔ ｄａｍａｇｅ ｉｎ Ａｍｅｒｉｃａｎ ｐｅｃａｎｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ；Ｐｅｃａｎ；Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｉｎｎｅｒ ｉｎｓｅｃｔ ｄａｍａｇｅ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｊｕｌ．１７，２０１３；ａｃｃｅｐ
ｔｅｄ Ｄｅｃ．１５，２０１３） ＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ａｕｔｈｏｒ０
０２１光谱学与光谱分析 第３４卷
第四章太赫兹时域光谱 电磁波谱技术作为人类认识世界的工具，扩展了人们观察世界的能力。人眼借助于可见光可以欣赏五颜六色的世界，利用红外变换光谱技术和拉曼光谱技术等可以了解分子的振动和转动等性质，利用X射线衍射技术可以了解物质的结构信息。而太赫兹光谱技术作为新兴的光谱技术能够与红外、拉曼光谱技术形成互补，甚至在某些方面能够发挥不可替代的作用，从而成为本世纪科学研究的热点领域。 4.1 太赫兹时域光谱技术的优势 太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术是太赫兹光谱技术的典型代表，是一种新兴的、非常有效的相干探测技术。由于太赫兹辐射本身所具有的独特性质（可参见第1章1.3节），太赫兹时域光谱技术对应有如下一些特性： （1）THz -TDS系统对黑体辐射不敏感，在小于3太赫兹时信噪比可高达104，这要远远高于傅立叶变换红外光谱技术，而且其稳定性业比较好。 （2）由于THz -TDS技术可以有效的探测材料在太赫兹波段的物理和化学信息，所以它可以用于进行定性的鉴别工作，同时它还是一种无损探测的方法。 （3）利用THz -TDS技术可以方便、快捷的得到多种材料如电介质材料、半导体材料、气体分子、生物大分子（蛋白质、DNA等）以及超导材料等的振幅和相位信息。 （4）在导电材料中，太赫兹辐射能够直接反映载流子的信息，THz -TDS的非接触性测量比基于Hall效应进行的测量更方便、有效。而且，THz -TDS技术已经在半导体和超导体材料的载流子测量和分析中发挥出了重要的作用。 （5）由于太赫兹辐射的瞬态性，可以利用THz -TDS技术进行时间分辨的测量。 另外，太赫兹-TDS技术还具有宽带宽、探测灵敏度高，以及能在室温下稳定工作等优点，所以它可以广泛地应用于样品的探测。 4.2 太赫兹时域光谱系统 THz -TDS系统可分为透射式、反射式、差分式、椭偏式等，其中最常见的为
光声效应的产生首先必须要有光的吸收。气体光声检测技术本质上基于气体红外吸收理论，它对气体的检测依赖于气体的红外特征吸收谱线，其定量测量则更是以气体的红外吸收定律为基础的。光声光谱技术在实现方式上与红外吸收技术不同，其主要区别在于，虽然入射能量也是以光谱光子的形式出现，但对光子与被测材料相互作用的研究，并非依靠对某些光子(透射光子或散射光子)的检测和分析，而是根据声信号间接测量材料与光束相互作用后所吸收的能量。 光声光谱技术是一种理想的无背景噪声信号技术，具有较高灵敏度和良好选择性。与传统光谱分析方法不同，光声光谱技术是监测物体吸收光能后产生的热能中以声压形式表现出来的那部分能量，即使在高反射弱吸收的情况下，吸收能也可被微音器检测。与其它气体检测方法相比较，光声光谱技术的主要优点是：长期稳定性好、灵敏度高；不消耗气样，如载气、标气；检测时间短，便于现场检测；适于多种气体成分的检测；系统结构简单。 原理：密闭在光声池中的气体分子吸收特定频率ν 的入射光后由基态E0跃迁至激发态E1，两能级间的能量差为E1- E0 = hν。受激分子与周围气体分子相碰撞，由激发态返回至基态，并将吸收的光能通过无辐射弛豫过程转变为碰撞分子间的平移动能，具体表现为气体温度升高，即加热。当入射光强度受到频率ω的调制时，加热过程将产生周期性变化。根据气体热力学定律，周期性温度变化产生同周期压力波动，即声波，此声波可通过安装在光声池上的微音器或压电
陶瓷传声器检测，并将其转换成电信号，即光声信号，该信号的产生过程称为光声效应。光声信号的大小与气体浓度成正比，通过检测该信号值便可得到被测气体的浓度。 能级跃迁所需能量不同，故需不同波长电磁辐射使其跃迁，即在不同光谱区出现吸收谱带。电子能级跃迁对应吸收光谱在紫外区和可见光区；原子振动能级跃迁对应于近红外区和中红外区；分子转动能级跃迁对应于远红外区和微波区。应用光声光谱法检测气体浓度主要利用分子红外光谱。红外光谱由原子振动和分子转动产生，故红外光谱又称为分子的振—转光谱。 气体光声检测系统原理图: 气体光声检测的基本原理是光声效应。光源发出特定频率ν 的单色光，经角频率为ω 的斩波器进行强度调制后，入射进入光声池。池内被测气体吸收光能后，发生光声效应，即产生与调制频率同周期的声波，由传声器接收到此信号并将其送至信号处理系统进行处理。 光声池内激发的光声信号由安装在池壁的微音器检测到，转化为相应的电信号，并将其送入信号处理系统进行信号处理。微音器的工作原理简图如图:
太赫兹测试技术 来源：中国电子科技集团公司第四十一研究所 摘要：本文主要介绍基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，主要包括 THz 信号发生、THz 信号功率和频谱检测及矢量网络分析等相关仪器的实现方案和目前国内外达到的主要技术指标。 关键词：太赫兹（THz），测试与测量，仪器 一、引言 THz(TeraHertz)频段是指频率从十分之几到十几个THz，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，又称T射线(Terahertz-Ray)，是电子学与光学的交界处，无线电物理领域称其为亚毫米波(SMMW，Sub-Millimeter Wave)，而光学领域则习惯称之为远红外辐射(FIR， Far-Infra-Red)，长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。THz电磁波及其应用技术已经成为科学界的“热点”领域。它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。 测试与测量技术是科学研究的基础，THz测试与测量仪器设备因技术难度大，发展相对缓慢，造成了THz技术研究相对滞后。在THz测试技术中首先要解决的是THz电磁信号的发生技术、THz 电磁信号的频率和功率检测技术，并以此为基础的大动态网络参数测试技术，这也是THz技术研究领域的最前沿问题。 THz信号的发生和接收有两种发展方向，一种是从红外往下扩展，一种是从毫米波向上扩展，一般红外向下扩展方式产生的THz信号具有输出功率高、频率高的特点，但是分辨率较低；毫米波向上扩展方式产生的THz信号输出功率小，频率上限也稍低，但是分辨率高，本文主要讨论的是基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，因此内容主要涉及到THz的频率低端。
高光谱成像检测技术 一、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段）、高的光谱分辨率（几个nm）、波段窄（≤10-2λ）、光谱范围广（200-2500nm）和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹”效应，不同物不同谱，同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。 二、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD）、装备有图像采集卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm、400-1000nm、900-1700 nm、1000-2500 nm。 CCD 光源光栅光谱仪成像镜头
光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵CCD。 高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向），横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时，在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。
赫兹成像技术检测复合材料 摘要:目的–本文的目的是提出了各种情况下的复合材料的太赫兹成像技术的能力，也提出了一种新的缺陷检测算法。方法–本文首先讨论了应用在复合材料检测的太赫兹技术。然后介绍了太赫兹辐射源（光电导天线）和太赫兹时域成像系统的一般结构。接下来得到了复合防腐涂层、玻璃和增强碳纤维层合板的太赫兹成像结果。然后提出了信号处理和基于时域识别方案和A扫描信号的均衡和C扫描阈值方法。这样处理后的数据,被参数化与缺陷识别数据库做准备。所提出的方法使用玻璃纤维层压板分层示范性的检验结果进行了验证。最后，对太赫兹时域检测和低能量的数字射线照相做了对比。结果–说明太赫兹成像技术适合于复合材料结构的检验。得到了复合防腐涂层、玻璃和增强碳纤维层合板的太赫兹成像结果。提出了信号处理算法的应用能够准确的缺陷检测和有效的数据收集识别数据库的目的。结论–本文洞察各种复合结构的太赫兹成像的可能性，提出的信号处理和缺陷检测方案适用于广泛的复合材料结构。 关键词无损检测、复合材料、图像处理、信号处理 1.引言 复合材料具有高耐腐蚀、足够的刚度和高强度重量比的特性，所以在现代工业得到广泛使用。复合材料应用在风力涡轮机、坦克、汽车、海洋和航空结构。超声波、涡流法、微波技术、光学方法和温度记录是常用的对复合材料进行无损检测的技术。由于异构结构的复合材料(多层性质和纤维波纹)中发现的缺陷不同于金属中的缺陷。断层的探测和识别使得任务更加复杂。先进的无损检测技术如太赫兹光谱或低能量数码摄影(DR)成为可能非常精确表征缺陷位置,因为高空间分辨率。特别是,太赫兹技术能够评估复合材料层合板的内部分层。 2.太赫兹技术用于检查复合材料 太赫兹电磁辐射能够非侵入式的、非电离和非接触式的检测介质材料,如:塑料、枯木、炸药陶瓷、泡沫材料和复合材料,尤其是不导电的增强纤维。T-Rays对折射率敏感。任何影响折射率的缺陷都可以观察到，比如： 。空隙; 。分层; 。夹杂物; 。非均质分布材料(纤维/基体分布); 。表面粗糙度; 。纤维波纹; 。内部层之间的分层(在分层结构) 在大多数情况下,缺陷是基于脉冲太赫兹时域光谱(TDS)反射和透射成像被检测的。该方法非常适合评估分层材料。每个不同层之间引起入射太赫兹脉冲的反射和衰减的传播。传播脉冲和它们的回声(延迟层反射)延迟的差异能够表征厚度特征和内部结构的状态。非常短的脉冲(皮秒)包含宽的频率带宽(0.05-3太赫兹),因此,有可能把一个单点宽带测量。太赫兹TDS 系统的主要组件: 。两个传感器(发射机和接收机); 。超快速激光; 。光学延迟线。
高光谱成像检测技术 、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术, 其最突出的应用是遥感探测领域, 并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。 它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 技术,是高光谱成像 技术的定义是在多光谱成像的基础上,在从紫外到近红外（200-2500nm 的光谱范围内,利用成像光谱仪,在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成 像。在获得物体空间特征成像的同时, 也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段、高的光谱分辨率（几个nm 、波 段窄（＜1-2入光谱范围广（200-2500nm和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富, 识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹” 效应, 不同物不同谱, 同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD 、装备有图像采集 卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm 、400-1000nm 、900-1700 nm 、1000-2500 nm。
CC D 朮源「一光栅壯谱以 —a I \、 「维电移台 . 样品 A CCD。 光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵
高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向，横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方 向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时,在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（丫方向。 1\ 综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。
引种美国山核桃可行性分析报告 薄壳山核桃优良品种薄壳山核桃，又名长山核桃、美国山核桃，原产北美，是世界著名的干果之一。种仁营养丰富，每100g种仁中平均含蛋白质11.4g，脂肪74.4 g，碳水化合物10.7 g，适于生食、炒食或制作糕点，美味可口，食用后容易消化吸收。种仁是炸油的好原料，油中的脂肪酸主要为不饱和脂肪酸，其中油酸占75.1~76.1%，亚油酸17.4~20.0%，是一种高级食用油。薄壳山核桃树干通直，木材坚固强韧，纹理致密，富有弹性，不易翘裂，容重大，适于制作运动器械、家具、地板等。薄壳山核桃生长迅速，树体高大，枝叶茂密，树姿优美，又是很好的城乡绿化树种。因此，该树种既可作果用，又可作材用，还可用于绿化，是一种难得的优良树种。 薄壳山核桃于1900年左右引入我国，先后在江苏的江阴、南京，浙江的杭州，福建的莆田等地栽植。目前引种范围较广，北至北京，南至海南岛都有引种，但以江苏、浙江、福建和安徽等地较多。此外，长沙、南昌、上海、成都等地也有少量栽种。现在种植的薄壳山核桃，以种子播种的实生苗为多，大多零星种植，或作为行道树，很少有成片种植的果园。随着人们对薄壳山核桃的了解和人民生活水平的提高，越来越多的有识之士开始了果用薄壳山核桃的引种栽培。浙江省植物研究所于上世纪六、七十年代就开始了薄壳山核桃实生选种和国外优良品种的引进工作，通过二十多年的观察调查，筛选出了适合江浙地区栽培的优良新品系3个，国外优良品种4个，现开始扩繁推广。 1、形态特征 为落叶乔木，在原产地树高可达55m，胸径2.5m。幼枝有淡灰色毛。奇数羽状复叶，小叶11~17，椭圆状披针型或微弯近镰型。雌雄同株异花，雄为柔荑花序三出，下垂，雌花序生于新枝顶端。核果，长椭圆形，外果皮近木质，4裂，果核平滑，壳较薄。 2、生物学特性 为风媒花，雄花序夏季分化，次春发育完全，雌花直到冬末或早春才分化。雌雄花开放的时间有三种类型：雄蕊先熟型、雌蕊先熟型和雌雄同熟型。雌花的可授粉期大约持续5~7天，当柱头颜色由绿色转为黄绿色，并略呈透明状态时，或转为紫色时，为授粉适期。 喜温暖湿润的环境，最适宜生长的年平均温度为15~20℃，年降水量为1000~2000mm。它需要一个较长的生长季节和较高的夏季气温。此外，冬季还需要有一短暂的低温时期，以利于雌花的形成和芽的发育。深根性树种。特别在1~2年生时根系生长很快，一年生实生苗主根长度超过地上部分1倍以上。成年植株根深可达3~4m，分布幅度为树冠的2倍。此外根部有菌根共生，根系吸收能力很强。较速生树种。种子播种第一年，生长较慢，一般苗高只有15~30cm，2~3年后，生长量迅速增加，在较好的条件下，平均每年粗增长超过1cm，高增长超过1m。主干明显，顶端优势强。在一般情况下，实生树进入结果年龄需13~14年，20~30年后进入盛果期，嫁接苗在定植2~4年后即可开花结果，8~10年后进入盛果期，在地理条件好的地方，结果期可保持50年以上。 美国薄壳山核桃果园规模化种植项目可行性报告 一、总论
Advances in Analytical Chemistry 分析化学进展, 2018, 8(1), 1-10 Published Online February 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/e218923730.html,/journal/aac https://https://www.doczj.com/doc/e218923730.html,/10.12677/aac.2018.81001 Research in Moisture and Hydration Detection by Terahertz Time Domain Spectroscopy Liping Liu1*, Yufei Wang1, Yazhou Zhang1, Fei Yang2, Maojiang Song2 1School of Food and Drug Manufacturing Engineering, Guizhou Institute of Technology, Guiyang Guizhou 2Guizhou Institute of Metrology, Guiyang Guizhou Received: Jan. 11th, 2018; accepted: Jan. 25th, 2018; published: Feb. 5th, 2018 Abstract The terahertz (THz) radiation occupies a large portion of the electromagnetic spectrum between the microwave and infrared bands. It refers to the frequency between the 0.1 THz to 10 THz (the wavelength is 3 mm to 30 μm). Since it possesses many attractively characteristic properties, THz imaging and sensing technologies can provide information not available through conventional methods such as microwave and X-ray techniques. THz waves contain rich information involved in molecular vibration and rotation, and have sub-picoseconds pulse width, low photon energy, and high space-time coherence. Combined with the terahertz imaging systems of transmission type and reflection type, a general review of its application in medical applications, forestry products, agriculture/food products by using THz time domain scan-imaging technology is provided. The achievements and the problems to be solved are also discussed. We also reviewed the water structure and interaction in the solution detected by terahertz time spectroscopy and conducted the research of our study. Keywords Terahertz, Spectroscopy, Moisture Imaging, Moisture Detection, Water Interaction 太赫兹光谱技术检测水分及水合作用的 研究进展 刘丽萍1*，王煜斐1，张亚洲1，杨霏2，宋茂江2 1贵州理工学院，食品药品制造工程学院，贵州贵阳 *通讯作者。
第四章太赫兹的时域光谱 利用太赫兹脉冲可以分析材料的性质，其中太赫兹时域光谱是一种非常有效的测试手段。太赫兹脉冲时域光谱系统是在二十世纪九十年代出现的，太赫兹脉冲光谱仪利用锁模激光器产生的超快激光脉冲产生和探测太赫兹脉冲。最常用的锁模激光器是钛宝石激光器，它能产生800nm附近的飞秒激光脉冲。 太赫兹时域光谱系统是一种相干探测技术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅信息和相位信息，通过对时间波形进行傅立叶变换能直接得到样品的吸收系数和折射率等光学参数。太赫兹时域光谱有很高的探测信噪比和较宽的探测带宽，探测灵敏度很高，可以广泛应用于多种样品的探测。 典型的太赫兹时域光谱系统如图4-1所示，主要由飞秒激光器、太赫兹辐射产生装置、太赫兹辐射探测装置和时间延迟控制系统组成。飞秒激光器产生的激光脉冲经过分束镜后被分为两束，一束激光脉冲(泵浦脉冲) 经过时间延迟系统后入射到太赫兹辐射源上产生太赫兹辐射，另一束激光脉冲（探测脉冲）和太赫兹脉冲一同入射到太赫兹探测器件上，通过调节探测脉冲和太赫兹脉冲之间的时间延迟可以探测出太赫兹脉冲的整个波形。 太赫兹时域光谱系统分为透射式和反射式，所以它既可以做透射探测，也可以做反射探测，还可以在泵浦-探测的方式下研究样品的时间动力学性质。根据不同的样品、不同的测试要求可以采用不同的探测装置。 图4-1 典型的太赫兹时域光谱系统 4.1 透射式太赫兹时域光谱系统 材料的光学常数（实折射率和消光系数）是用来表征材料宏观光学性质的物理量，它是进行其他各项研究工作的基础。但是一般材料在太赫兹波段范围内的光学常数的数据比较少。利用太赫兹时域光谱技术可以很方便地提取出材料在太赫兹波段范围内的光学常数。在本节中所介绍的是T.D.Dorney和L.D.Duvillaret等人提出的太赫兹时域光谱技术提取材料光学常数的模型。实验中的太赫兹时域光谱系统
太赫兹测试技术 姜万顺，邓建钦 （电子测试技术重点实验室山东青岛 266555） 摘要：本文主要介绍基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，主要包括THz信号发生、THz信号功率和频谱检测及矢量网络分析等相关仪器的实现方案和目前国内外达到的主要技术指标。 关键词：太赫兹（THz）测试与测量仪器 一、引言 THz(TeraHertz)频段是指频率从十分之几到十几个THz，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域，又称T射线(Terahertz-Ray)，是电子学与光学的交界处，无线电物理领域称其为亚毫米波(SMMW，Sub-Millimeter Wave)，而光学领域则习惯称之为远红外辐射(FIR，Far-Infra-Red)，长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。THz电磁波及其应用技术已经成为科学界的“热点”领域。它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。 测试与测量技术是科学研究的基础，THz测试与测量仪器设备因技术难度大，发展相对缓慢，造成了THz技术研究相对滞后。在THz测试技术中首先要解决的是 THz电磁信号的发生技术、THz电磁信号的频率和功率检测技术，并以此为基础的大动态网络参数测试技术，这也是THz技术研究领域的最前沿问题。 THz信号的发生和接收有两种发展方向，一种是从红外往下扩展，一种是从毫米波向上扩展，一般红外向下扩展方式产生的THz信号具有输出功率高、频率高的特点，但是分辨率较低；毫米波向上扩展方式产生的THz信号输出功率小，频率上限也稍低，但是分辨率高，本文主要讨论的是基于毫米波向上扩展方式的THz测试技术，因此内容主要涉及到THz的频率低端。 二、THz电磁波信号的产生技术 图1：中国电科41所THz倍频源 测试仪器的THz电磁波信号产生，一般分为基于光子学的THz信号发生方法和电子学的THz信号发生方法。基于光子学的方法有：自由电子激光器、电光晶体THz脉冲源、瞬时光电导产生THz电磁脉冲等。基于光子学的THz信号发生器，具有频带宽（从0.1THz至30THz），输出功率较大（连续波输出功率可达到百毫瓦量级）的特性，但频率分辨率相对较低（GHz 到MHz量级）； 基于电子学的THz信号发生器主要包括返波管直接基波振荡器和基于微波信号发生的
国家职业资格全国统一鉴定 营林试验工技师论文 （国这职业资格二级） 论文题目：美国薄壳山核桃栽培技术 姓名： 身份证号： 准考证号： 所在省市： 所在单位：
美国薄壳山核桃栽培技术 摘要： 美国薄壳山核桃（Carya illinoinensis Koch.），简称薄壳山核桃，又名美国长山核桃，为胡桃科山核桃属落叶乔木。薄壳山核桃不仅能生产美味营养的坚果，还能生产上等木材，同时又可用作绿化美化的行道树，是一种综合价值很高的优良树种。本文介绍了薄壳山核桃的形态特征与生物学特性，从种子的采收和贮藏、育苗、植树造林、抚育管理、病虫害防治等方面介绍了山核桃的栽培技术，以为其优质栽培提供参考。 关键词：山核桃生物学特性栽培技术 一、美国薄壳山核桃概述 薄壳山核桃(Carya illoinensis K.Koch),又称美国薄壳山核桃、长山核桃,是国外引进的果材兼用的优良树种[1]，原产美国南部及墨西哥的北部，是印第安人经营的一种经济林木树种。坚果壳薄易剥,核仁肥厚,富含脂肪,味香甜,为干果食用及榨油的原料。薄壳山核桃于1900年引入我国,先后在江苏江阴、南京、浙江杭州、福建莆田等地栽植。目前引种范围较广,北至北京,南达海南岛都有引种,但以江
苏、浙江、福建等地较多。此外,长沙、南昌、上海、成都等地也有少量栽种[2-3]。近年来引种地区逐渐增多,目前云南省林业科学院漾濞研究站对美国薄壳山核桃进行了引种，生长良好, 已经收到了良好的经济效益和生态效益。 1形态特征与生物学特性 山核桃树属落叶乔木,在原产地树高达50 m,胸径250cm。树皮灰褐色，纵裂呈片状脱落。冬芽黄褐色，奇数羽状复叶，互生，小叶11至17片，椭圆状披针形或微弯成镰形,锯齿粗钝。花期5月,雄葇荑花序三出,下垂,雌花序生于新枝顶端。10月上旬至11月上旬果熟,核果光滑,长椭圆形,外果皮近木质,裂成4瓣,果核长卵形或长圆形。山核桃树种寿命长达百年以上,树干通直,生长迅速,材质坚固强韧,纹理致密,富有弹性,不易翘裂,是优良的用材树种。树体高大,枝叶茂密,树姿优美,是很好的城乡绿化树种。 薄壳山核桃为雌雄同株植物。花单性,主要为风媒,雄花序夏季分化,次春发育完全,雌花直到冬末或早春才分化。雌雄花开放的时间有3种类型,即雄蕊先熟型、雌蕊先熟型和雌雄同熟型。一般实生林中有自然开花类型的植株,可以相互授粉,只是在嫁接繁殖作为果用时,应注意不同开花类型的搭配,以利授粉。 薄壳山核桃适于亚热带和暖温带的气候条件,喜温暖湿润,最适宜生长的年平均温度为15～20 ℃,年降雨量为1 000～2 000 mm。其生长需要一个较长的生长季节和较高的夏季气温。此外,冬季还需要有一段短暂的低温时期,以利于雌花的形成和芽的发育。
薄壳山核桃栽培技术(一) 摘要介绍了薄壳山核桃的形态特征与生物学特性,从种子的采收和贮藏、育苗、植树造林、抚育管理、病虫害防治等方面介绍了山核桃的栽培技术,以为其优质栽培提供参考。 关键词山核桃;生物学特性;栽培技术 薄壳山核桃(CaryailloinensisK.Koch),又称美国薄壳山核桃、长山核桃,是国外引进的果材兼用的优良树种1]。坚果壳薄易剥,核仁肥厚,富含脂肪,味香甜,为干果食用及榨油的原料。薄壳山核桃原产美国,于1900年引入我国,先后在江苏江阴、南京、浙江杭州、福建莆田等地栽植。目前引种范围较广,北至北京,南达海南岛都有引种,但以江苏、浙江、福建等地较多。此外,长沙、南昌、上海、成都等地也有少量栽种2-3]。近年来引种地区逐渐增多,目前金坛市茶果示范区的薄壳山核桃园面积已达66.67hm2,生长良好。 1形态特征与生物学特性 山核桃树属落叶乔木,在原产地树高达20~30m,胸径70~120cm。幼枝有淡灰色试毛。奇数羽状复叶,小叶11~17片,椭圆状披针形或微近镰形,锯齿粗钝。花期5月,雄葇荑花序三出,下垂,雌花序生于新枝顶端。10月上旬至11月上旬果熟,核果光滑,长椭圆形,外果皮近木质,裂成4瓣,果核长卵形或长圆形。山核桃树种寿命长达百年以上,树干通直,生长迅速,材质坚固强韧,纹理致密,富有弹性,不易翘裂,是优良的用材树种。树体高大,枝叶茂密,树姿优美,是很好的城乡绿化树种。 薄壳山核桃为雌雄同株植物。花单性,主要为风媒,雄花序夏季分化,次春发育完全,雌花直到冬末或早春才分化。雌雄花开放的时间有3种类型,即雄蕊先熟型、雌蕊先熟型和雌雄同熟型。一般实生林中有自然开花类型的植株,可以相互授粉,只是在嫁接繁殖作为果用时,应注意不同开花类型的搭配,以利授粉。 薄壳山核桃适于亚热带和暖温带的气候条件,喜温暖湿润,最适宜生长的年平均温度为15~20℃,年降雨量为1000~2000mm。其生长需要一个较长的生长季节和较高的夏季气温。此外,冬季还需要有一段短暂的低温时期,以利于雌花的形成和芽的发育。 薄壳山核桃耐水湿能力强。江苏省植物研究所试验发现,1年生实生苗浸水35d后,生长仍不受大害。据调查,凡栽种在水沟和池塘边的,其生长结果均为良好。唯耐旱能力较差,苗期更不耐干旱。因属于较喜光树种,对光照的要求比较敏感,为促进其生长,增加结实量,需有充足的阳光。为深根性树种,成年植株很深可达3~4m,分布幅度为树冠的2倍。此外根部有菌根共生,根系吸收能力很强。在土层深厚、排水良好而富含有机质的沙壤土及冲积壤土中最适于根系生长。在干燥、瘠薄、土层过浅的砾质土壤上生长不良。薄壳山核桃宜在中性或微碱性的土壤种植,也能适应微酸性及碱性土壤。在强酸性红壤上栽植很难成活,同样在碱性环境pH值超过9.0的沙土上栽植成活率也很低,成活后苗木生长极弱,并有枯稍现象。 金坛市薄壳山核桃的物候期,在3月下旬萌动,4月上旬露青,4月中旬展叶抽技,5月上中旬开花,10月上旬至11月上旬果实成熟,11月下旬至12月上旬落叶并进入休眠。整个生长季节为240~250d。为较速生的树种。种子播种后第1年,地上部分生长缓慢,一般苗高30~40cm,但根系生长较快。第2~3年后,地上部分生长迅速增加,而根系生长逐渐减缓。在一般情况下,实生树进入结果年龄需13~14年,嫁接树则5~6年即可开花结果,20~30年后进入盛果期,在立地条件好的地方,50~60年树龄的老树仍能结实良好。 2栽培技术 2.1种子的采收和贮藏 果实成熟后,外果皮自行裂开。坚果(种子)自然脱落,因此须及时采收。采后将果实堆积室内,果堆不要过高,以免发热影响种子品质,待果实多数开裂后取出种子,晾放2~3d,再用湿沙贮藏。干藏亦可,但播后发芽较晚。室温下贮藏8个月以上的种子将会失去发芽能力。 2.2育苗技术
基于太赫兹时域光谱技术的生物分子鉴别及相互作用研究 太赫兹波(Terahertz wave,THz)是指频率介于0.1-10THz之间的电磁辐射,处于电子学到光子学的过渡区域。作为光谱测量技术的一个重要手段,太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术展现出独特的优势。太赫兹技术为生物学、物理学、化学等诸多学科的发展提供了新的研究手段。太赫兹波技术在林业科学相关研究、食品质量安全、医学检测及诊断、爆炸物检测、太赫兹通信、有机生物分子探测、天文遥感等方面都很好的应用前景。 太赫兹时域光谱技术可同时测量电场的相位和幅度,经傅里叶变换,样本材料在该波段的吸收系数、折射率以及复介电常数等参数都可以获得。太赫兹电磁波谱与有机物及生物分子(如DNA、RNA、蛋白质等)的转动和振动能量对应,是研究生物分子和有机物方面非常有效的工具。太赫兹辐射光子能量非常低,在进行生物检测时不会造成生物电离;同时太赫兹波属于远红外和毫米波范畴,具有低散射的特点。以上优点使太赫兹做生物检测时具有天然的优势。 本文在国家973计划“活细胞的太赫兹波无标记检测技术基础研究”(2015CB755401),国家自然科学基金项目“‘十二五’国家科技支撑计划项目”(2012BAK04B03),重庆市科学技术委员会项目“太赫兹复合材料无损检测成像设备”(cstc2013yykfC00007)的共同资助下,利用太赫兹时域光谱技术鉴别固相生物分子的种类;研究液相生物分子的相互作用;与超材料相结合,鉴别液相生物分子种类;研究液相生物分子间的相互作用。主要研究内容如下:1、对应用太赫兹光谱技术研究生物分子的研究现状进行了详细梳理与总结;重点介绍了与用 THz-TDS技术检测固相样本、液相样本以及液相样本与超材料结合相关的研究成果;对后续章节中实验中用到的样品制作工艺和实验设备进行描述。在此基础上,提出本文的主要研究思路和内容。2、详细说明了不同生物分子样本的制作流程及注意事项;对太赫兹辐射源的工作原理、结构及太赫兹波的探测手段和方法进行介绍;介绍了THz-TDS系统的工作原理及结构;重点讨论了透射式THz-TDS技术的原理和系统结构以及提取材料参数的理论依据和方法。 3、对外观相似,直观上难以区分,且没有明显的特征吸收峰的固相生物分子进行鉴别,首先利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)提取了不同生物分子样本的透射光谱数据的主成分,然后结合基于网格搜索算法的支持向
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(1)适宜的气候带 引种种植的实践证明，种植在海拔1 300m左右的南亚热带气候区的美国薄壳山核桃树树体生长好、果大、粒重、含油率高、质量最好。江浙沿海地区种植已经试验成功，近年正逐步广泛推广美国山核桃，种植在海拔1800m以上的北亚热带气候区的美国薄壳山核桃树体生长较好，能结实，种子饱满，但果小，空籽率高。所以，选择新种植区域时，应以中亚热带气候区为主，南亚热带气候区海拔11oom以下，只能探索种植，北亚热带气候区，只能试验种植。 (2)气候、气象条件 ①积温。根据美国资料，美国薄壳山核桃自然分布区≥1o℃的年积温为3 300～5 400℃。云南省引种证明积温越高，果实越饱满，例如漾濞积温为5 562℃，禄劝积温为5 166℃，均适宜种植美国薄壳山核桃． ②低温。在选择种植地时，低温是不可缺少的重要条件。 冬季短暂的低温有利于花芽分化。如果没有低温或低温过少，会影响正常萌发和开花。因此，要求每年气温≤7．2℃的低温持续时间能达到500～750h。 ③无霜期。美国主产区的无霜期为220～280d，我国主要引种区的无霜区为225～240d。漾濞无霜期为240d，禄劝无霜期为300d，均与美国主产区相似。 ④光照。美国山核桃是喜光树种，对光照要求特强，几乎没有光饱和点。光照不足，会影响正常生长和果实质量。阴雨天气过多、过长，也会造成光照不足。云南省引种效果较好的漾濞，年日照为2 238h，禄劝为2 323h。 ⑤雨量。美国山核桃喜充足的水分，水分不足，生长特别缓慢，幼苗期耐旱力更差，长期水分不足，是幼苗成活率不高的主要原因。美国原产地年雨量为500～1600mm，云南省年雨量为800～1200mm，雨季基本满足水分要求，但春季干旱，仍需灌溉。空气相对湿度要求在55％以上。 (3)适生的地形坡向条件 云南省位于云贵高原腹地，在适宜气候带内，要选择坡度35。以下，土层深厚的山腰、山脚、凹地、河滩地和四旁地进行种植，山脊、山顶、风口和陡坡不宜发展。由于美国薄壳山核桃是强阳性树种，只宜选择阳坡和半阳坡栽培，阴坡不宜种植。 (4)适生的土壤条件
第十五章太赫兹在无损检测及航天器检测中的应用 15.1 应用时域太赫兹探测航天飞机隔离层中的缺陷 太赫兹脉冲成像技术被应用于航天飞机隔离层泡沫材料中缺陷的探测。通过逐点扫描的方法得到各个点的时域波形。然后分析波形的变化来判断缺陷的大小，形状，位置和种类。太赫兹脉冲成像技术有微波成像系统的优点： （1）对非金属的穿透能力强，其衰减系数比超声波小2-3个数量级； （2）有极宽的频谱可供使用，可根据被测对象的特点选择不同的测试频率； （3）除能检测体积型缺陷外，还能检测x射线难以检测的平面型缺陷，如裂纹、分层、脱粘等； （4）非接触式检测，无需使用祸合剂，避免了祸合剂对特殊构件的污染和相互作用； （5）检测效率高，易于实现实时监控； （6）测量本身就是电信号，无需进行非电量的转换，从而简化了传感器与处理器的接口； （7）在烟雾、粉尘、水汽、化学气氛以及高低温环境中对检测信号的传播影响极小。 2003年2月1日，刚刚完成16天航行的哥伦比亚号航天飞机即将返回地球，还有16分钟着陆的时候，在距离得克萨斯上空62公里的高空发生爆炸。机上7名宇航员全部遇难。5个月之后，虽然尚未对事故原因做出明确的定论，但是事故调查委员会相信哥伦比亚号的悲剧应该归因于外置燃料箱的泡沫隔离层的脱粘所致，如图 15-1所示。
图15-1 哥伦比亚号航天飞机失事原因 如上图所示，（a）为哥伦比亚号航天飞机，图中白色箭头所指之处就是泡沫脱粘的地方，（b）外置燃料箱的泡沫隔离层内部结构的示意图，（c）航天飞机机翼被泡沫所砸出的洞。在初步报告中，调查委员会认为：根据地面上的长焦距摄像显示，在航天飞机升空的过程当中有一块泡沫材料脱落并与机身发生了撞击。导致这种悲剧的原因可能是由于泡沫中存有缺陷，一块手提箱大小的泡沫绝缘材料在起飞过程中发生脱离，然后击中航天飞机的左翼并在隔热板上砸出一个洞来。当航天飞机重返大气层的时候，隔热板上的这个洞使3000摄氏度的高温气体进入了左翼，融化了它的金属支架，最终导致机毁人亡。在一次模拟试验中，美国宇航局的研究人员将泡沫隔离块射向航天飞机机翼, 泡沫隔离块在飞机机翼的隔热板上撞出一个16英寸大小的洞。这一实验有力地支持了上述假设。据称，这已经不是第一次发生泡沫隔离材料撞击航天飞机的事情了，类似的情况在以前的发射中至少发生过7次。因此，泡沫材料中缺陷的检查成为确保之后航天飞机安全发射的关键所在。 太赫兹波成像被美国宇航局选为未来探测发射中缺陷的四种技术之一。这四种技术包括：太赫兹成像，X光成像，超声波成像和激光剪切力成像。已经证明：泡沫塑料材料在太赫兹波段具有非常低的吸收率和折射率。因此，太赫兹波可以穿过几英寸厚的泡沫材料，并探测到深埋其中的缺陷。图 15-2和图 15-3分别给出了航天飞机使用的泡沫绝缘材料SOFI（Sprayed-On Foam Insulation）在太赫兹频段的吸收率和折射率曲线，以及对它进行检测的太赫兹成像装置。传统成像技术只能提供每个像素的强度信息，而太赫兹时域成像记录了每个像素点上太赫兹脉冲的整个
以后改动策划类的文档可以用批注简单、明了 中药材红外光谱鉴别技术操作规程 一、红外光谱分析原理 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱（产生红外光谱的基本条是：要有偶矩的变化）。 1 红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75 - 1000μm，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（0.75 -2.5μm ），中红外光区（2.5- 25μm ），远红外光区（25-1000μm ）。 1.1 近红外光区（0.75- 2.5μm ） 近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N—H、C—H）伸缩振动的倍频吸收等产生的。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。 1.2 中红外光区（ 2.5-25μm ） 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数
据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。 1.3 远红外光区（25-1000μm ） 该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。 曲线或T-λ红外吸收光谱一般用T-1（单位为μm ），或波数（单位为cm-1）。λ波数曲线表示。纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标是波长 中红外区的波数范围是4000-400 cm-1 。 二、红外光谱法的特点 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光