基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的塑料薄膜厚度檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種塑料薄膜厚度檢測(cè)裝置及方法，具體是一種基于太赫茲時(shí)域光譜 技術(shù)的塑料薄膜厚度檢測(cè)裝置及方法，屬于塑料薄膜的無(wú)損、快速檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大多數(shù)塑料薄膜及涂覆產(chǎn)品的生產(chǎn)中還沒(méi)有有效地進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的手段； 甚至有的領(lǐng)域?qū)τ趲资⒚谆蛘卟坏绞⒚椎牡谋∧さ暮穸葯z測(cè)仍然采用千分尺進(jìn)行，該 不可避免地將引入很大的測(cè)量和讀數(shù)誤差，造成測(cè)量精度較低。然而現(xiàn)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高 速發(fā)展，對(duì)塑料薄膜的厚度測(cè)量提出了更高的要求，傳統(tǒng)的測(cè)量方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足發(fā)展 的需求，因此有必要尋找新的高精度在線(xiàn)測(cè)量方法。
[0003] 目前有學(xué)者采用基于電容傳感器的方法進(jìn)行薄膜的厚度檢測(cè)，然而此方法容易受 到生產(chǎn)線(xiàn)上各種干擾及溫度的影響，測(cè)量精度仍有待提高；也有采用紅外透射法進(jìn)行薄膜 厚度測(cè)量，紅外透射法基于郎伯比爾定量進(jìn)行厚度的測(cè)量，然而在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中需要 兩束單色紅外光并行工作，而實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)的限制使得兩束紅外光不能同時(shí)照射在同一區(qū) 域，因此厚度測(cè)量的準(zhǔn)確性受到很大影響。
[0004] 太赫茲（iraz= 1012Hz)波通常是指頻率范圍在0. 1T化到10T化的電磁波福射， 處于微波與紅外光之間。太赫茲波技術(shù)具有W下特點(diǎn)：
[0005] 1)太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)采用光脈沖取樣探測(cè)方法，可W獲得太赫茲波的瞬態(tài)電 場(chǎng)，即同時(shí)得到幅度和相位信息；
[0006] 2)太赫茲福射對(duì)陶瓷、塑料、干木片等很多物質(zhì)透射率高，可W用于該些材料的質(zhì) 量控制；
[0007] 3)太赫茲福射是一種非常安全的電磁福射，頻率為1T化的電磁波的光子能量只 有4mev，是X射線(xiàn)的百萬(wàn)分之一，對(duì)人體危害極小，可W用于無(wú)損檢測(cè)；
[000引 4)利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)可W獲得亞皮秒、飛秒時(shí)間分辨率，而且通過(guò)取樣測(cè) 量技術(shù)，能夠有效地抑制背景福射噪聲的干擾，信噪比可W達(dá)到i0w;
[0009] 5)太赫茲波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，受物質(zhì)顆粒散射影響很小。
[0010] 太赫茲波對(duì)塑料等材料的高透射性，因此可廣泛應(yīng)用到塑料薄膜的無(wú)損、快速檢 測(cè)領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的塑料 薄膜厚度檢測(cè)裝置及方法，能夠解決目前塑料薄膜厚度檢測(cè)準(zhǔn)確性較差的問(wèn)題、W及克服 傳統(tǒng)方法測(cè)量精度低、響應(yīng)速度慢及易受環(huán)境影響等缺點(diǎn)，進(jìn)一步實(shí)時(shí)快速準(zhǔn)確的進(jìn)行塑 料薄膜厚度的檢測(cè)。
[0012] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的 塑料薄膜厚度檢測(cè)裝置，
[0013] 飛秒激光器發(fā)射激光經(jīng)第一反射鏡之后照射到分束器上，被分成兩束，其中一束 激光經(jīng)光學(xué)延遲線(xiàn)和第二反射鏡后照射到太赫茲發(fā)射器上產(chǎn)生太赫茲波，產(chǎn)生的太赫茲波 經(jīng)第一拋物面鏡后被聚，透過(guò)IR濾波器后聚焦到樣品臺(tái)上，透過(guò)樣品后被第二拋物面鏡重 新聚焦到太赫茲探測(cè)器上；
[0014] 另一束激光經(jīng)第=反射鏡和第四反射鏡后透過(guò)第二拋物面鏡上預(yù)留的小孔與第 二拋物面鏡聚焦后的太赫茲波共線(xiàn)地照射到太赫茲探測(cè)器上；太赫茲探測(cè)器的輸出的信號(hào) 經(jīng)太赫茲時(shí)域系統(tǒng)控制器被傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理；
[0015] 所述的計(jì)算機(jī)通過(guò)太赫茲時(shí)域系統(tǒng)控制器控制光學(xué)延遲線(xiàn)；所述太赫茲時(shí)域系統(tǒng) 控制器通過(guò)一束調(diào)制激光控制IR濾波器。
[0016] 所述的太赫茲發(fā)射器和太赫茲探測(cè)器均為DSTMS有機(jī)晶體，分別基于DSTMS有 機(jī)晶體的非線(xiàn)性產(chǎn)生和探測(cè)太赫茲波，其中，太赫茲發(fā)射器所產(chǎn)生的太赫茲波的頻率范圍 0.1THZ-12THZ。
[0017] 所述的IR濾波器由太赫茲時(shí)域系統(tǒng)控制器產(chǎn)生的波長(zhǎng)975nm、重復(fù)頻率化Hz的激 光調(diào)制，W配合太赫茲探測(cè)器中的鎖相放大器采集太赫茲信號(hào)。
[0018] 一種基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的塑料薄膜厚度檢測(cè)方法，包括W下步驟，
[0019] 1)使用上述檢測(cè)裝置分別測(cè)量太赫茲波透過(guò)空氣和被檢測(cè)的塑料薄膜的信號(hào)，作 為時(shí)域的參考信號(hào)和樣品信號(hào)，并分別作傅里葉變換，得到參考和樣品的頻域譜信號(hào)；
[0020] 2)建立太赫茲波與薄膜樣品相互作用的太赫茲傳輸函數(shù)模型；
[0021] 3)根據(jù)被測(cè)塑料薄膜的厚度先驗(yàn)知識(shí)，確定待測(cè)樣品厚度的變化范圍[a,b]，并 確定容許誤差tol;
[002引 4)若b-a>tol，則繼續(xù)步驟5)，否則塑料薄膜厚度z= 跳轉(zhuǎn)到步驟9);
[002引 W確定初始的厚度捜索空間[a。，b。]，其中a〇=a,b。=b，計(jì)算初始試探點(diǎn)P0= a〇+0. 382 化〇-a〇)，q〇=a〇+0. 618 化〇-a〇);
[0024] 首先將p。和步驟1)獲得的參考和樣品的頻域譜信號(hào)代入步驟2)建立的模型，求 出折射系數(shù)，然后將折射系數(shù)做傅里葉變換，變換到準(zhǔn)空間，并計(jì)算準(zhǔn)空間中信號(hào)幅度的峰 值peak(P。）；
[0025] 然后將q。和步驟1)獲得的參考和樣品的頻域譜信號(hào)代入步驟2)建立的模型，求 出折射系數(shù)，然后將折射系數(shù)做傅里葉變換，變換到準(zhǔn)空間，并計(jì)算準(zhǔn)空間中信號(hào)幅度的峰 值peak(q。），并設(shè)置i: = 0 ;
[0026] 6)若peak(Pi)《peak(Qi)轉(zhuǎn)步驟7)，否則轉(zhuǎn)步驟8);
[0027] 7)計(jì)算左試探點(diǎn)：
[00測(cè)若Iqi-a; I《tol，令塑料薄膜的厚度Z=Pi,轉(zhuǎn)步驟9);
[0029]否則令aw:= ai，bw:= Qi'qw:= Pi，Pw:= a^+O.382〇Vi-aw)，peak(qw): =peak(Pi)，將Pw和步驟1)獲得的參考和樣品的頻域譜信號(hào)代入步驟。建立的模型，求 出折射系數(shù)，然后將折射系數(shù)做傅里葉變換，變換到準(zhǔn)空間，并計(jì)算準(zhǔn)空間中信號(hào)幅度的峰 值peak(Pw)，并令i: =i+1，轉(zhuǎn)步驟 6);
[0030] 8)計(jì)算右試探點(diǎn)：
[003"1] 若Ibf-PiI《tol，令塑料薄膜的厚度Z=Qi，轉(zhuǎn)步驟9);
[003引 否則令aw: =Pi，bw: =bi，Pw: =Qi，Qw: =a^+O. 6180Vi-aw)，peak(Pw): =peakhi)，將Qw和步驟1)獲得的參考和樣品的頻域譜信號(hào)代入步驟2)建立的模型，求 出折射系數(shù)，然后將折射系數(shù)做傅里葉變換，變換到準(zhǔn)空間，并計(jì)算準(zhǔn)空間中信號(hào)幅度的峰 值peak(Qw)，并令i: =i+1，轉(zhuǎn)步驟 6);
[0033] 9)停止計(jì)算，輸出塑料薄膜厚度值Z。
[0034] 本檢測(cè)方法采用黃金分割算法進(jìn)行迭代優(yōu)化，每次迭代只需計(jì)算一次被優(yōu)化函數(shù) 的值。
[0035] 與現(xiàn)有的電容傳感器薄膜厚度檢測(cè)法和紅外透射薄膜厚度檢測(cè)法相比，
[0036] 本發(fā)明基于太赫茲波對(duì)塑料等材料的高透射性，從而保證太赫茲波對(duì)塑料薄膜厚 度檢測(cè)的靈敏度，此外基于薄膜樣品與太赫茲波的相互作用模型可W很好的抑制多重反射 造成的影響，同時(shí)避免了進(jìn)行標(biāo)定，解決了目前塑料薄膜厚度檢測(cè)準(zhǔn)確性較差的問(wèn)題、W及 克服了傳統(tǒng)方法測(cè)量精度低、響應(yīng)速度慢及易受環(huán)境影響等缺點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)快速準(zhǔn)確的進(jìn) 行塑料薄膜厚度的檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1是本發(fā)明原理示意圖；
[003引圖2是本發(fā)明太赫茲波與薄膜樣品相互作用示意圖。
[0039] 圖中：1、飛秒激光器，2、第一反射鏡，3、分束器，4、光學(xué)延遲線(xiàn)，5、第二反射鏡，6、 太赫茲發(fā)射器，7、第一拋物面鏡，8、IR濾波器，9、樣品臺(tái)，10、第二拋物面鏡，11、太赫茲探測(cè) 器，12、第S反射鏡，13、第四反射鏡，14、太赫茲時(shí)域系統(tǒng)控制器，15、計(jì)算機(jī)。