[发明专利]一种基于太赫兹时域光谱的煤岩判别方法

权利要求书

1.一种基于太赫兹时域光谱的煤炭灰分判别方法，其特征在于包括如下步骤：

a.挑选不同品种的煤，利用挑选出的煤加入纯岩样制作不同灰分煤样品，利用太赫兹时域光谱仪为对空气直接检测得到无样本时的信号作为参考信号，再利用太赫兹时域光谱仪采集所有煤样品的太赫兹时域光谱数据并分类存储起来，无样本时的信号为对空气直接检测得到的信号，所述的太赫兹时域光谱数据有200维，并将所有煤样品按照中国煤炭分类标准分成：无烟煤、烟煤、褐煤几类；

b.利用快速傅里叶变换将所有煤样品的太赫兹时域光谱转换为太赫兹频域光谱；从所有转换后的太赫兹频域光谱中提取吸收光谱，并对吸收光谱数据进行平滑和加窗预处理，选取数据噪声超过1THz以上的煤样品吸收光谱，将选取的煤样品吸收光谱中0.4-1.0THz频段光谱数据作为优选的吸收光谱；

c.将所有煤样品，包括不同灰分煤样品和纯煤样品的0.4-1.0THz频段吸收光谱进行标注分类从而生成不同灰分煤样品和纯煤样品的煤光谱数据库，利用主成分分析/PCA技术对煤光谱数据库中的所有数据进行降维和特征提取，使获得的太赫兹时域光谱数据从200维降到了20维；

d.利用非线性拟合法对所有降维后的0.4-1.0THz频段吸收光谱进行建模，根据所有煤样品的三类信息：煤炭种类、煤中灰分和其太赫兹吸收光谱确立三类信息的关系曲线，从而构建基于太赫兹光谱的煤炭灰分模型；

e.根据实际需要采集被测区域的煤样品后利用太赫兹时域光谱仪获取煤样品的太赫兹时域光谱，重复步骤b、c、d，将被测区域煤样品的光谱数据带入太赫兹光谱的煤炭灰分模型从而对煤样品中的灰分进行判别。

2.根据权利要求1所述基于太赫兹时域光谱的煤炭灰分判别方法，其特征在于：太赫兹时域光谱采集装置为天津大学组建的系统设备。

3.根据权利要求1所述基于太赫兹时域光谱的煤炭灰分判别方法，其特征在于：每次采集煤样品的太赫兹时域光谱时选取3-5个不同的点位进行采集，每个点位重复采集3-4次光谱，所述煤样品的为粉末状或块状。

4.根据权利要求1所述基于太赫兹时域光谱的煤炭灰分判别方法，其特征在于：在检测过程中，采用太赫兹时域光谱系统的透射扫描模块获取以干燥空气为背景的参考信号时域光谱和不同灰分含量煤样品的太赫兹时域光谱，干燥空气的空气湿度低于5％。

5.根据权利要求1所述基于太赫兹时域光谱的煤炭灰分判别方法，其特征在于：所述利用快速傅里叶变换将所有煤样品的太赫兹时域光谱转换为太赫兹频域光谱，根据太赫兹频域光谱提取折射率光谱n(ω)和吸收光谱α(ω)采用THz光学参数提取模型：

T(ω)＝E_sam(ω)/E_ref(ω)

其中，T(ω)为煤样品的透射系数光谱，E_ref(ω)为参考信号的太赫兹频谱，E_sam(ω)为煤样品太赫兹频谱，ω为角频率，d为煤样品的厚度，c为光速，n(ω)为煤样品的折射率，α(ω)为煤样品的吸收系数，ρ(ω)项为煤样品信号与参考信号幅度的比值，项为测试样品信号与参考信号的相位差，k(ω)为测试样品复折射率的虚部，也称为消光系数；测试样品信号为不同灰分的煤炭信号，直接测出来的是时域信号，通过傅里叶变换到频域，然后利用上述公式，可以得到煤的吸收光谱；经傅里叶变换后的太赫兹频谱范围为0.1～3.5THz。