一種基于太赫茲光譜技術的皮革種類快速無損檢測方法與流程
本發明屬于皮革種類檢測技術領域，特別涉及一種基于太赫茲光譜技術的皮革種類快速無損檢測方法。
背景技術：
現有的皮革及其制品定性分析和真偽鑒別主要采用感官鑒別方法，也就是完全采用眼看、手摸的方法進行鑒別，這種方法要求鑒別人員有豐富的鑒別技術和經驗，不可避免會受到鑒別者主觀影響。另外，還有通過檢測樣品標記dna或其他特征生物大分子的檢測方法，但成本昂貴且同樣存在損害樣品的可能。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服上述背景技術的不足，提供一種基于太赫茲光譜技術的皮革種類快速無損檢測方法。這是一種可克服檢測鑒別者主觀影響，能客觀反映被檢皮革及皮革制品的種類，且不會對被檢皮革或皮革制品產生任何損傷的動物毛皮種類鑒別檢測方法。
本發明所涉及的一種基于太赫茲光譜技術的皮革種類快速無損檢測方法的步驟如下：
s1：制備適合太赫茲光譜檢測皮革樣品的檢測支架；
s2：測量待測皮革樣品的厚度；
s3：測量空白樣品檢測支架，獲得參比太赫茲時域光譜信號；測量并獲得裝有待測樣品檢測支架的樣品太赫茲時域光譜信號；利用公式計算獲得樣品的太赫茲光譜特征參數，包含但不僅僅包含吸收系數、折射率；
s4：多次測量同一樣品不同位置的太赫茲時域光譜信號，計算特征參數，取平均值減小誤差，獲得待測樣品的太赫茲光譜特征參數的平均值；
s5：比對構建形成的皮革太赫茲特征光譜數據庫確定皮革種類。
進一步，所述檢測支架包含夾片和緊固旋鈕；夾片為兩片一樣的帶孔聚乙烯片，孔徑大于等于2cm，使用時將皮革樣品平展置于兩片帶孔聚乙烯片中間，利用夾片固定，使用緊固旋鈕擰緊，形成“三明治”結構。
進一步，單片聚乙烯片的厚度可選擇2cm。
進一步，所述測量待測皮革樣品的厚度可測量“三明治”結構的厚度，直接減去兩片夾片的厚度即為樣品厚度。
進一步，所述s3、s4的具體測量計算方法為，將空白樣品的檢測支架和裝有待測樣品檢測支架依次置于透射式太赫茲時域光譜裝置中，分別獲得空白樣品的檢測支架和裝有待測樣品檢測支架的太赫茲時域光譜信號；以前者信號作為參考信號，后者作為樣品信號分別進行傅里葉變換得到相應的太赫茲頻域波形、振幅等信息；為了減少實驗誤差，參考信號和樣品信號的測量均重復三次，取平均值；皮革的太赫茲吸收系數或折射率的計算都是基于以上參考信號和樣品信號的傅里葉變換得到的相應的太赫茲頻域波形、振幅等信息獲得，待測樣品折射率n(f)計算公式如下：
其中，
吸收系數α(f)的計算公式如下：
其中ρ(f)是is和iref傅里葉變換的振幅比，d代表太赫茲穿透樣品的厚度，n(f)為折射率。
進一步，所述皮革太赫茲特征光譜數據庫通過收集測量已知種類皮革標本獲得不同種類皮革樣品的太赫茲特征光譜，形成大樣本的皮革太赫茲特征光譜數據庫；測量計算方法同上述s1至s4步，并且能夠通過不斷獲取待測樣品的太赫茲光譜特征來完善皮革樣品光譜數據庫。s5中新收集的皮革樣品太赫茲光譜信息添加進數據庫可以不斷改進太赫茲光譜鑒定皮革樣品的準確率。
本發明是用太赫茲時域光譜系統采集被檢皮革的光譜圖，數據處理獲得特定種類皮革的太赫茲特征光譜參數，得到皮革樣品的太赫茲特征光譜數據庫，根據特定皮革具有的特定太赫茲光譜參數進行鑒定。
本發明的皮革種類鑒別方法采用的皮革樣品的太赫茲特征光譜參數，包含但不僅僅包含樣品的太赫茲吸收系數、折射率等。直接根據一種或者多種參數的組合來確定被檢皮革樣品的種類。
天然皮革的基本組成成分是蛋白質，不同的動物皮毛所含蛋白質的種類和比例均有不同，另外其他組成成分(比如水)也存在差異；人造革通常以織物為底基，涂覆由合成樹脂添加各種塑料添加劑制成的配混料制成。太赫茲光譜覆蓋分子的低頻振動能級，對極性物質敏感(比如水)。皮革組成成分的差異及含量的差異可以表現在其太赫茲特征光譜參數上，這是本發明的物理依據。
我們發現不同動物皮毛的太赫茲吸收系數、折射率具有明顯的不同，因此根據不同種類動物皮毛的太赫茲特征光譜參數可以區分不同的被檢皮毛所屬的動物種類。本發明的這種檢測與鑒別是一個客觀的過程，不存在人為因素，而且不會對樣品本身產生任何的損害。
太赫茲波是指頻率在0.1-10thz范圍內的電磁波，介于微波和紅外之間，具有高透性、低能性、瞬時性、敏銳性、高信噪比等特點，這些特點使得太赫茲無損檢測技術在生物醫學、生物化學、化工等很多方法有很重要的應用。太赫茲波覆蓋電介質納秒到皮秒尺度的運動，這正是生物大分子低頻振動的時間尺度，因此太赫茲光譜技術適合探測不同種類的生物大分子及由不同生物大分子按不同比例組成的生物樣品。由于不同皮革成分組成的不同，導致其相應的太赫茲波特征參數存在差異。迄今為止還沒有用太赫茲時域光譜技術來檢測皮革及其制品的相關專利和文獻報道。
附圖說明
圖1為本發明的方法流程圖；
圖2為檢測支架示意圖，其中1為夾片，2為緊固旋鈕；
圖3為不同種類動物皮革測試樣品在不同頻率的太赫茲的吸收系數圖；
圖4為不同種類動物皮革測試樣品在不同頻率的太赫茲的折射率圖；
圖5為胎牛皮、小牛皮及黃牛皮測試樣品在不同頻率的太赫茲的吸收系數圖；
圖6為胎牛皮、小牛皮及黃牛皮測試樣品在不同頻率的太赫茲折射率圖。
具體實施方式
下面提供本發明的實施例，結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細的描述,方法流程如圖1所述。
實施例1
豬、牛、羊等不同物種皮革進行鑒別檢測的實例。
1、制備適合太赫茲光譜檢測皮革樣品的檢測支架：如圖2所示，所述檢測支架包含夾片1和緊固旋鈕2；夾片1為兩片一樣的帶孔聚乙烯片，孔徑大于等于2cm，使用時將皮革樣品平展置于兩片帶孔聚乙烯片中間，利用夾片1固定，使用緊固旋鈕2擰緊，形成“三明治”結構。測量豬、羊、牛、兔、水貂、狗、豬獾皮革樣品厚度分別為2mm；1.5mm；2mm；1.5mm；1.6mm；1.6mm；2mm；測量方法為測量“三明治”結構的厚度，直接減去兩片夾片的厚度即為樣品厚度。為了保證太赫茲波的傳輸效率，同時盡量減小回波的產生，單片聚乙烯片的厚度可選擇2cm。
2、樣品的檢測與信號處理：測量空白樣品的檢測支架，獲得空白參照的太赫茲時域光譜信號；測量并獲得裝有待測樣品檢測支架的太赫茲時域光譜信號；利用公式計算獲得樣品的太赫茲光譜特征參數，包含吸收系數、折射率。利用太赫茲時域光譜裝置采用透射光路，分別獲得空白樣品的檢測支架和裝有待測樣品檢測支架的太赫茲時域光譜信號；以前者信號作為參考信號，后者作為樣品信號，對皮革樣品進行檢測，每個樣品重復測量三次。皮革的太赫茲吸收系數或折射率的計算都是基于以上獲得的參考信號和樣品信號的傅里葉變換得到的相應的太赫茲頻域振幅、相位等信息獲得，待測樣品折射率n(f)計算公式如下：
其中，
吸收系數α(f)的計算公式如下：
其中ρ(f)是is和iref傅里葉變換的振幅比，d代表太赫茲穿透樣品的厚度，n(f)為折射率。
將三次測量的結果取平均值，根據公式計算豬、羊、牛、兔、水貂、狗、豬獾皮革樣品在0.2-1.5thz范圍內的吸收系數線性增加，如圖3所示，在0.8thz處分別為18cm-1；15cm-1；20cm-1；24cm-1；25cm-1；26cm-1；30cm-1；豬、羊、牛、兔、水貂、狗、豬獾皮革樣品在0.2-1.5thz范圍內的折射率基本保持不變；如圖4所示，在0.8thz處分別為1.42；1.36；1.54；1.52；1.452；1.475；1.44。利用不同種類皮革樣品太赫茲吸收系數和折射率在特定的頻率范圍內的結果作圖，結果如圖3、圖4所示；
3、確定每種皮革對應的吸收系數、折射率，結合不同的太赫茲光譜信息可確定不同的皮革種類。
所述皮革太赫茲特征光譜數據庫通過收集測量已知種類皮革標本獲得不同種類皮革樣品的太赫茲特征光譜，形成大樣本的皮革太赫茲特征光譜數據庫；測量方法同上述方法，并且能夠通過不斷獲取待測樣品的太赫茲光譜特征來完善皮革樣品光譜數據庫。新收集的皮革樣品太赫茲光譜信息添加進數據庫可以不斷改進太赫茲光譜鑒定皮革樣品的準確率。
實施例2
胎牛皮、小牛皮、牛皮等不同年齡動物皮革進行鑒別檢測的實例。
本實施例提供一種利用太赫茲時域光譜技術對不同年齡動物皮革樣品檢測的方法，操作步驟和實施例1完全相同，只是待測樣品為來自不同年齡牛的皮革，1、構建適合太赫茲檢測的樣品：利用兩片帶孔聚乙烯片夾住皮革樣品，形成“三明治”檢測樣品，測量胎牛皮、小牛皮、牛皮樣品厚度分別為0.5mm；1mm；1.8mm：
2、樣品的檢測與信號處理：同樣利用太赫茲時域光譜裝置采用透射光路，以空樣品支架為參照，對皮革樣品進行檢測每個樣品重復測量三次。所用計算公式同實施例1。將三次測量的結果取平均值將時域波形圖進行傅里葉變換得到其振幅圖譜，相位圖譜等，根據公式計算胎牛皮、小牛皮、牛皮樣品在0.2-2.0thz范圍內的吸收系數線性增加；如圖5所示，在1thz處分別為16.5cm-1；17cm-1，20cm-1；胎牛皮、小牛皮、牛皮樣品在0.2-2.0thz范圍內的折射率隨頻率增加而降低；如圖6所示，在1thz處分別為1.255；1.26；1.324。利用不同濃度種類皮革樣品太赫茲吸收系數和折射率在對應特定的頻率范圍內的結果作圖，如圖5、圖6所示；胎牛皮、小牛皮、牛皮的太赫茲吸收系數及折射率在1thz逐漸增加。
3、確定每種皮革對應的吸收系數、折射率，結合不同的太赫茲光譜信息可確定不同的皮革種類。
最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
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