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基于太赫兹时域光谱技术的煤岩界面识别王昕;胡克想;俞啸;丁恩杰【摘要】为了研究基于太赫兹时域光谱的煤岩界面识别可行性,首先应用太赫兹时域光谱技术,以气煤和砂岩粉末压片作为实验样本进行了相关实验,得到了太赫兹脉冲穿过不同样本时所产生的时间延迟和衰减幅度.然后采用Hilbert-Huang变换对煤岩样的太赫兹光谱进行了时频域分析,并与由传统快速傅里叶变换方法获得的样品频谱进行了对比,结果表明,在时频城内太赫兹光谱信号具有更高的分辨率,可以更好、更直观地分析太赫兹脉冲在任意时刻的频率、能量成分,研究任意频率在不同时刻对吸收谱线的作用.最后介绍了基于太赫兹时域光谱技术的煤岩界面识别过程,通过实验验证了采用Hilbert谱和边际谱提取出的光谱特征值可以很好地区分煤岩介质.【期刊名称】《工矿自动化》【年(卷),期】2017(043)001【总页数】6页(P29-34)【关键词】煤炭开采;煤岩界面;煤岩识别;太赫兹时域光谱;Hilbert-Huang变换【作者】王昕;胡克想;俞啸;丁恩杰【作者单位】中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室,江苏徐州 221008;江苏省感知矿山物联网工程实验室,江苏徐州 221008;中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室,江苏徐州 221008;江苏省感知矿山物联网工程实验室,江苏徐州 221008;中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室,江苏徐州221008;江苏省感知矿山物联网工程实验室,江苏徐州 221008;中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室,江苏徐州 221008;江苏省感知矿山物联网工程实验室,江苏徐州 221008【正文语种】中文【中图分类】TD67受地质条件的影响，煤层厚度存在一定的变化规律，需要不断调整采煤机滚筒高度，避免切割顶底板[1]。
太赫兹光谱实验技术及应用太赫兹波段是电磁波谱中的一部分，其频率介于微波和红外光之间，波长大约在0.1毫米至1毫米之间。
太赫兹光谱具有独特的特性，可以穿透许多非导体材料，因此在许多领域有着广泛的应用前景。
太赫兹光谱实验技术的发展对于深入研究各类材料的结构和性质，以及在生物医学、材料科学等领域中的应用具有重要意义。
一、太赫兹光谱实验技术1. 原理太赫兹波段的光谱范围非常广泛，其频率和波长在电磁波谱中处于特殊位置。
太赫兹光谱实验技术主要利用太赫兹波段的电磁波与物质相互作用的原理来研究材料的结构和性质。
太赫兹波段的电磁波可以被许多非导体材料穿透，同时也容易受到物质分子的吸收和散射。
2. 实验装置太赫兹光谱实验通常需要利用太赫兹光源、光学元件（如透镜、反射镜）、样品台、光谱仪等装置。
太赫兹光源通常采用太赫兹激光或太赫兹脉冲辐射，能够在光学系统中产生太赫兹波段的辐射。
样品台用于放置待测样品，光学元件用于调节和聚焦光束，光谱仪用于检测和记录太赫兹波段的光谱信息。
3. 实验方法太赫兹光谱实验可以采用透射、反射、散射等方法来研究材料的太赫兹光学性质。
透射实验通常用于测量材料对太赫兹光的透射率，反射实验用于研究材料的反射率和折射率，散射实验可以分析样品中的颗粒或结构的信息。
通过不同的实验方法和数据处理技术，可以获取到材料在太赫兹波段的光学特性。
二、太赫兹光谱应用1. 材料科学太赫兹光谱在材料科学中有着广泛的应用。
通过太赫兹光谱实验技术，可以研究材料的结构、物理性质和化学成分，有助于设计新型功能材料和优化材料制备工艺。
太赫兹光谱还可以用于非破坏性检测和材料表征，有利于解决材料工程中的一些难题。
2. 生物医学太赫兹光谱在生物医学领域也有着广泛的应用前景。
太赫兹波段的电磁波能够穿透生物组织，同时又能与生物分子发生相互作用，因此可以用于生物成像、生物分子结构研究、药物检测等。
太赫兹光谱在生物医学领域的应用将有助于提高医学诊断技术的精度和灵敏度。
物理实验技术中的太赫兹光谱与应用方法太赫兹光谱是近年来兴起的一种新兴的光谱技术，它在物理实验技术中被广泛应用。
太赫兹光谱具有独特的特性和广阔的应用前景，对材料分析、生物医学、安检等领域有着重要的意义。
太赫兹光谱是指在红外光和微波之间的电磁辐射波段。
它的频率范围在0.1 THz到10 THz之间，对应的波长为3000 μm到30 μm。
太赫兹波能够穿透大多数非金属物质，而且对生物组织和一些材料有很强的穿透力，使得它具有独特的分析特性和应用潜力。
太赫兹光谱被广泛应用于材料分析领域。
由于太赫兹波能够穿透大部分材料，所以它可以用来检测材料的内部结构和成分。
通过对物质的吸收、反射和透射谱进行分析，可以得到物质的分子振动信息和晶格结构等重要参数。
这对于研究新材料的性质以及监测材料的质量和完整性具有很大的意义。
近年来，太赫兹光谱已经在纳米材料、高分子材料、半导体材料等领域取得了一系列重要的研究成果。
太赫兹光谱在生物医学领域也有着广泛的应用。
由于太赫兹波对生物组织的穿透力强，且对生物组织没有明显的损伤作用，所以它被广泛用于研究和监测生物体内的结构和功能。
通过太赫兹光谱技术，可以实现对生物组织中分子振动和电荷传输等信息的获取，有助于研究生物分子的结构和相互作用机制，为新药研发和疾病诊断提供新的思路和方法。
目前，太赫兹光谱已在肿瘤检测、蛋白质结构分析等领域有所突破，为生物医学研究带来了新的机遇。
太赫兹光谱在安检领域也有着重要的应用价值。
传统的安检设备主要依靠X射线和金属探测器进行检测，但是这些设备在液体、物质表面缺陷等方面存在一定的局限性。
太赫兹光谱作为一种新兴的安检技术，能够实现对物体内部的检测和成分分析，从而提高安检的准确性和效率。
利用太赫兹光谱技术，可以检测到常规方法无法察觉的炸药、毒品等危险物质，为保障公共安全提供了新的手段和工具。
太赫兹光谱在实验技术中的应用主要基于太赫兹辐射的产生和检测。
太赫兹辐射的产生一般采用光脉冲与物质相互作用后的电磁波转换机制，如光学短脉冲激发等。
太赫兹波谱学中的材料分析和检测技术一、太赫兹波谱学的基本原理太赫兹波（THz）波段波长介于红外线和微波之间，频率介于0.1-10 THz，对于很多不同类型的物质，太赫兹波都有不同的吸收特征，不同的物质也会在太赫兹波段产生不同的衍射和透射现象。
太赫兹波谱学利用这些特性，对物质进行材料分析和检测。
太赫兹波分为时域和频域两类，时域与光学相似，而频域则更像微波。
太赫兹波的物理机制包括离子振动、分子振动、自由载流子在半导体中的散射以及声子激发等。
二、太赫兹波谱学在材料分析中的应用太赫兹波谱学可以用来研究材料的物理、化学和结构特性，常用于材料表征、材料中杂质的检测和材料的表面分析。
1.材料表征太赫兹波谱学可以测量材料的物理和化学特性，包括吸收、反射和透射，可以用于材料的显微结构分析、材料的导电性和带隙分析、材料中的缺陷分析等。
2.杂质检测太赫兹波谱学可以通过检测材料中的吸收信号来确定材料中的杂质，例如水分、盐分和其它有机物质等。
3.表面分析太赫兹波谱学可以表征材料表面的物理、化学和结构特性，例如界面电荷分布、表面络合物、氧化层的厚度和电导率等。
三、太赫兹波谱学在材料检测中的应用太赫兹波谱学可以用于物质的检测，常用于安检、食品检测和药品检测。
1.安检太赫兹波谱学可以用于安检，例如检测危险品、武器、爆炸品等物质。
太赫兹波可以穿透包装物，便于安检人员快速进行检测。
另外，太赫兹波警戒系统可以在特定区域放置太赫兹波发射器和接收器，当犯罪分子进入这个区域时，设备可以发现并报警。
2.食品检测太赫兹波谱学可以用于检测食品中的杂质和探测食品中的含水量、脂肪酸含量和糖含量等。
而不需要破坏性地去做一些试验，因为太赫兹波可以很容易地穿透食品材料。
3.药品检测太赫兹波谱学可以用于药品检测，例如检测药品中是否掺有毒质。
太赫兹波可以通过药品中的吸收特征来确定药品中是否含有毒质，如铅、汞和其他重金属。
四、太赫兹波谱学在未来的应用太赫兹波谱学在未来的应用潜力非常大，计划开发一些太赫兹波仪器和设备，例如：1.太赫兹波显微镜太赫兹波显微镜可以用于材料分析和检测领域。
基于太赫兹时域光谱技术的砂岩沉积作用模拟研究收稿日期：2019-01-12课题项目：本文由中国石油大学（北京）教学改革项目“双一流和新工科背景下的大学物理云课堂建设”（批准号PX-1618802）资助通讯作者：宝日玛，女（蒙古族），博士，副教授，主要从事大学物理教学和太赫兹光谱科研工作，研究方向为油气资源的太赫兹光谱表征与评价。
一、引言压实作用影响了砂岩中颗粒的孔隙结构和分布[1]。
通常情况下，负荷越大压实作用表现得越强烈，各组成成分在空间分布上更为致密。
但在某些特殊的地质作用下，负荷增加所产生的压实作用并不显著甚至有所减缓，对于分析归纳负荷对砂岩沉积过程的普遍作用不利[2]。
模拟砂岩要求通过某种技术手段测量相关参数，进而建立模型描述压实作用的效果。
由于不同物质对于光波的响应不同，产生了吸收、散射等作用效果，光学手段可用来检测、推测某种物质的分布状况。
太赫兹波是频率处于0.1THz —10THz 的电磁波，波长介于微波和光波之间，属于远红外辐射；太赫兹脉冲有较强的穿透能力，能够穿过一定厚度的物质，并从幅值、相位或光学参数载荷物质成分、结构信息。
本文应用太赫兹波检测岩石模拟压片样品、通过光谱分析负载对砂岩的压实作用，为沉积岩沉积状况、压实作用的评价提供新的信息[3]。
二、实验过程筛选60目—80目的石英砂颗粒，进行烘干处理（105摄氏度，4小时），以消除洗砂过程中掺入的水和吸附水汽。
石英砂和聚乙烯颗粒进行混合后作为原料进行压片，每个样品的压片时间为5min ，每个压片的质量为2g ，直径为30mm ，厚度约为2mm 按质量分数分为35%聚乙烯、65%石英砂和50%聚乙烯、50%石英砂两组，直径为30mm ，厚度约为2mm 。
样品通过太赫兹光谱仪进行测试，测量时太赫兹波垂直于底面入射，得到太赫兹时域光谱，从而分析时域峰值强度随压力变化的变化趋势。
三、实验结果与讨论太赫兹波在经过样品后幅值上有一定的衰减，并产生了一定的信号延时（如图1所示），时域信号在波形上有一定的变化，这是因为不同频率的分量经过样品时传播速度不同。
太赫兹光谱技术的研究与应用随着科技的不断进步和发展，人类探索和研究物理世界的方法也在不断创新和更新。
太赫兹光谱技术就是其中较新颖的一种方法，由于它在材料识别、无损检测等方面有着广泛的应用，近些年来备受研究机构和企业的青睐。
本文将从概述太赫兹光谱技术的原理和特点开始，探究它在材料分析和无损检测、安检、生物医学等方面的应用前景。
一、太赫兹光谱技术的原理和特点太赫兹波段是介于微波和红外线之间、频率约为0.1-10 THz（1THz=10的12次方赫兹）的一种电磁波。
太赫兹波段的能量较低，作为真空中的电磁波又能被大气层所穿透，因此在材料结构、成分的探测、目标物的无损检测、安检等方面都有着广泛的应用前景。
太赫兹光谱技术是一种非破坏性的、高精度的分析和识别材料的方法，它主要是利用太赫兹波段电磁波与材料相互作用产生的反射、吸收、透射等特性来探测和分析材料的成分、结构等信息。
相比于传统的光谱技术，太赫兹光谱技术有以下几个特点：1.非破坏性由于太赫兹波段电磁波的能量较低，不会对被测试的材料产生破坏性的影响，因此太赫兹光谱技术可以被广泛地应用于无损检测领域。
2.高精度太赫兹光谱技术可以测量的是材料的结构和成分信息，这在某些情况下比仅仅通过表面形态特征的方法来进行检测更有优势，可以得到更为精准和可靠的数据信息。
3.操作简单相比于其他一些高科技测试工具，太赫兹光谱技术的设备较为简单，且已经能够商业化批量生产，因此广泛地应用于多个领域，包括安检、材料检测、医疗领域等等。
二、太赫兹光谱技术在材料分析和无损检测领域的应用1. 材料分析太赫兹光谱技术可以帮助材料科学研究者探测和分析材料中的缺陷、结构、合成物等信息。
太赫兹光谱技术可以拓展传统的X 射线、红外线、质谱等技术不能测量的材料特性。
因而，太赫兹光谱技术可以在分子结构、晶体结构和利用光电功能等领域实现对材料的深层次分析。
太赫兹技术的材料不再局限于金属材料、塑料、陶瓷材料等，还涉及到了生物医学、化工合成、天然产物和纳米材料等多个领域的研究。
物理实验技术使用中的太赫兹光谱测试与分析方法太赫兹光谱技术作为一个相对较新的实验方法，在物理研究领域中扮演着重要的角色。
太赫兹光谱测试与分析方法的应用在材料科学、生物医学、化学和物理等多个领域具有巨大的潜力。
太赫兹光谱是在电磁波谱的中频区域（介于红外线和微波之间）的一种光谱。
它的特点在于其低能量、非离子辐射，因此对材料和生物体具有很好的穿透力。
太赫兹光谱技术可以用来研究材料的结构、性质以及相互作用。
在实验中，太赫兹光谱测试仪器是关键。
它通常由激光器、探测器和样品舱等组成。
其中，激光器发射太赫兹脉冲，探测器接收并测量光信号的强度，样品舱则用于容纳待测样品。
激光器在红外光谱和微波光谱之间的中频区域发射的光，被称为太赫兹脉冲。
这种脉冲的频率范围通常从几百兆赫兹到几太赫兹。
太赫兹光谱测试的关键问题是如何获得高质量的光谱数据。
在实验中，常用的方法是将待测样品放置在样品舱中，然后在太赫兹激光器和探测器之间引入一个光学路径。
待测样品对太赫兹脉冲的吸收、散射或反射会引起光强度的变化，从而产生光谱信号。
探测器就是负责测量和记录这些信号的仪器。
在太赫兹光谱测试过程中，分析方法也是至关重要的。
有几种常用的分析方法可用于处理太赫兹光谱数据，包括时间域分析和频域分析。
时间域分析通常是指通过对光强信号的时间变化进行分析来研究样品的动力学特性。
频域分析则是通过对光强信号的频率和振幅进行分析来研究材料的结构和性质。
在时间域分析中，常用的方法是时域反射光谱法。
这种方法通过测量太赫兹脉冲的反射信号来获得样品的光谱信息。
通过对信号的时间延迟进行分析，可以确定样品中的各种元件和过程，如晶格振动、电子振动等。
时间域分析方法可以提供高时空分辨率的光谱数据。
在频域分析中，常用的方法是傅里叶变换红外光谱（FTIR）。
这种方法通过将太赫兹光谱信号进行傅里叶变换，将其转换为频谱信息。
频域分析可以提供样品的频率信息，从而揭示材料的振动模式、能带结构等性质。
