用于使用太赫茲輻射確定片狀電介質(zhì)樣本的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】用于使用太赫茲輻射確定片狀電介質(zhì)樣本的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)包括被配置來輸出太赫茲輻射脈沖的至少一個太赫茲發(fā)射機，被配置來接收太赫茲輻射脈沖的至少一部分的太赫茲接收機，其中太赫茲接收機被配置來基于由太赫茲接收機接收的太赫茲輻射輸出測量的波形，和與太赫茲接收機通信的控制單元。其中控制單元被配置來選擇測量的波形中關注的至少一個區(qū)域，將測量的波形中關注的至少一個區(qū)域與模型波形進行比較，改變模型波形的至少一個參數(shù)來最小化模型波形與測量的波形之間的差異。
【專利說明】用于使用太赫茲輻射確定片狀電介質(zhì)樣本的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)
[0001]相關申請
[0002]本專利申請要求2013年11月15日提交的美國臨時專利申請序列N0.61/904,787的提交日期的權益，其通過引用并入此處。
技術領域
[0003]本申請涉及用于確定片狀電介質(zhì)的材料性質(zhì)的系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于使用太赫茲輻射確定片狀電介質(zhì)的材料性質(zhì)的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]諸如紙的片狀電介質(zhì)可以具有在其加工期間可能需要被確定的一種或多種材料性質(zhì)。例如，紙是通常由壓縮纖維構成的薄片狀材料。通過將濕纖維壓制在一起成為通常均勻厚度的片并且然后使材料干燥來生產(chǎn)該材料。纖維通常是由木材、織物或者其它植物性物質(zhì)制成的纖維素紙漿?？梢园T如白堊、黏土和二氧化鈦的添加劑。可以加入“上漿(sizing)”添加劑來修改對墨水或水的表面吸收性，例如，來防止“滲色(bleeding)”。
[0005]紙由若干物理參數(shù)表征。紙的厚度稱作“紙厚”。厚度的大致范圍是70微米(2.76密耳)到180微米(7.1密耳)。1微米是0.001毫米。I密耳是0.001英寸?？ㄆ埡陀布埌蹇梢愿?。紙也由它的“基重”所表征，其是涉及到每單位面積質(zhì)量的密度，通常為克/平方米。印刷紙的典型范圍是60g到120g。更重的紙被認為是卡片紙。每單位面積質(zhì)量也可以表述為一令500張標準尺寸紙的重量。紙的密度(基重/紙厚)范圍從大約250kg/m3到l，500kg/m3。典型的印刷紙是800kg/m3 ο
[0006]工業(yè)造紙機生產(chǎn)被稱為紙幅(paperweb)的連續(xù)紙片，從濕的紙楽開始并且以完成的干燥紙卷結束。第一步是在成形部中沉積液體漿。成形部建立纖維接頭處的取向，叫做“成形”。壓榨部通過較大的滾軸壓榨紙幅來去除大量的水。干燥部傳遞紙幅通過蜿蜒的加熱滾軸。取決于紙的類型，水含量被減少到2%到10%的范圍(典型的大約6% )。水含量百分比被定義為僅吸收的水的重量除以水和紙的總重量。壓光部通過用重的拋光鋼輥壓片來使干燥的紙平滑。
[0007]造紙機典型地裝備有一個或多個計量儀(也被提及為傳感器)來測量諸如紙厚、基重、成形以及水含量的典型特性中的一個或多個。可以將這些計量儀放置在壓光部之后以測量紙的完成的性質(zhì)；或者更早的在成形、壓制和/或干燥部。這些性質(zhì)被用來既表征紙又提供反饋來調(diào)整造紙機以生產(chǎn)具有期望特性的紙。
[0008]當計量儀被在線地安裝為隨著紙幅移動通過機器來直接測量紙幅時，實現(xiàn)了最快速的反饋。理想地，在線測量計量儀不應該妨礙或接觸紙幅。這個要求將在計量儀中使用的技術限制到那些在測量過程期間不消耗或改變樣本的技術。歷史上地，由例如貝塔計量儀的放射源計量儀來測量基重，該放射源計量儀測量通過紙的輻射通量的衰減?？梢杂衫缦鄼C的視覺系統(tǒng)來測量成形。水含量歷史上由近紅外(“NIR”)光譜儀來測量或者在諧振腔中由微波來測量。盡管使用測隙規(guī)、激光位移或色差分析的計量儀測量紙厚有一些成功，但是紙厚過去(和現(xiàn)在)很難測量。在線計量儀可以用于紙樣本的離線實驗室分析。
[0009]造紙機的幅寬可能是若干米寬。然而，大多數(shù)在線計量儀最容易一次僅測量紙幅的單點或者小面積。為了沿著整個寬度測量，在線計量儀典型地安裝在懸浮于幅寬之上(和/或之下)的運動控制吊架上。該運動吊架被編程為當紙幅以穩(wěn)定速率在吊架下移動(稱作“機器方向”或MD)時橫向地移動計量儀橫穿紙幅的寬度(叫做“橫向方向”或CD)。通常多于一個計量儀(傳感器)安裝在穿越吊架的相同滑架(carriage)上。該吊架典型地具有位置編碼器來確定在紙幅之上計量儀滑架的位置。吊架上的計量儀然后在紙之上大體上沿著Z形圖案路徑。
[0010]多種類型的傳感器(最顯著的貝塔計量儀)要求諸如發(fā)射器和探測器的計量儀組件安裝在幅之上或之下。在這個情況中，使用第二吊架并且第二計量儀滑架的運動與主吊架滑架同步。為了校準或標準化，某些類型的計量儀必須偶爾“離幅(off—web)”移動為僅測量空氣。多個計量儀增加了溫度、空氣壓力和空氣濕度傳感器，這些傳感器可以用于針對隨著這些環(huán)境條件可能改變時的計量儀校準中的改變而校正測量參數(shù)。
[0011]歷史上地，為了對紙幅的多個紙?zhí)匦詤?shù)進行測量，在線測量系統(tǒng)需要多個計量儀，至少一種類型對應于每個參數(shù)。例如，基重的測量和水含量的測量可能需要貝塔計量儀和近紅外計量儀兩者。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]用于使用太赫茲輻射確定片狀電介質(zhì)樣本的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)可以包括被配置來向片狀電介質(zhì)樣本輸出太赫茲輻射脈沖的至少一個太赫茲發(fā)射機，被配置來接收來自片狀電介質(zhì)樣本的太赫茲輻射脈沖的至少一部分的太赫茲接收機，其中太赫茲接收機被配置來基于由太赫茲接收機接收的太赫茲輻射輸出測量的波形，以及與太赫茲接收機通信并且被配置來接收來自太赫茲接收機的測量的波形的控制單元。該測量的波形可以是時域波形或者頻域波形。
[0013]控制單元可以被配置來選擇測量的波形中關注的至少一個區(qū)域，將測量的波形中關注的至少一個區(qū)域與模型波形進行比較，改變模型波形的至少一個參數(shù)來最小化模型波形與測量的波形之間的差異，并且確定模型波形的至少一個參數(shù)以使得模型波形與測量的波形最佳地匹配。模型波形的至少一個參數(shù)可以包括片狀電介質(zhì)模型的厚度和片狀電介質(zhì)模型的復折射率。片狀電介質(zhì)模型的復折射率可以由水含量和/或基重參數(shù)化。
[0014]控制單元可以進一步被配置為通過模型波形的厚度與測量的波形最佳匹配來確定片狀電介質(zhì)樣本的厚度。此外，控制單元還可以進一步被配置為通過改變復折射率來預測片狀電介質(zhì)樣本的復折射率從而確定片狀電介質(zhì)樣本的水含量或基重。
[0015]在閱讀以下描述以及參考所附的作為本說明書的一部分的附圖和權利要求之后，本發(fā)明的進一步目的、特征和優(yōu)勢對本領域技術人員而言將變得非常明顯。
【附圖說明】
[0016]圖1A示出了用于使用反射的太赫茲輻射來確定片狀電介質(zhì)樣本的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖1B示出了用于使用透射的太赫茲輻射來確定片狀電介質(zhì)樣本的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)的框圖；
[0018]圖2示出了用于使用太赫茲輻射來確定片狀電介質(zhì)樣本的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)的控制單元的框圖；
[0019]圖3示出了接收到太赫茲輻射的樣本的詳細視圖；以及
[0020]圖4示出了從圖3的樣本生成的波形。
【具體實施方式】
[0021]參考圖1A，展示了用于使用太赫茲輻射來確定片狀電介質(zhì)樣本12a的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)10a。作為它的主要組件，該系統(tǒng)1a包括光學控制源20a、至少一個太赫茲發(fā)射機22a、太赫茲接收機24a以及用于將由光學控制源20a輸出的光學信號提供給發(fā)射機22a和接收機24a兩者的裝置26a和28a。
[0022]用于提供光學信號的裝置26a和28a使得接收機24通過由光學控制源20a發(fā)射的光學信號與發(fā)射機22a同步。在此實施例中，裝置26a和28a是單模光纖。然而，裝置26a和28a可以是多模光纖或者甚至是光學信號從光學控制源20a到發(fā)射機22a和/或接收機24a的自由空間傳輸。太赫茲發(fā)射機22a作為電磁脈沖源，電磁脈沖然后傳播經(jīng)過光學傳送部件(例如一系列透鏡、鏡子以及窗)，從測試中的樣本透射和/或反射而被太赫茲接收機24a記錄。在某些情況下，光學傳送部件可以被配置來將從樣本反射的太赫茲脈沖和透過樣本的脈沖兩者都同時或依次地運送到兩個獨立的接收機或者到單個接收機。
[0023]通常，光學控制源20a可以米取各種不同的形式。在一個這樣的實施例中，光學控制源20a包括被配置為輸出光學脈沖的激光源30a。通常，激光源30a產(chǎn)生飛秒輸出脈沖。補償器32a光學地耦合到激光源30a。由激光源30a發(fā)射的光學脈沖提供給補償器32a，當裝置26a和28a是光纖時，補償器32a給光學脈沖增加相反符號的色散以校正光學脈沖在行進穿過裝置26a和28a時的展寬(stretching)。在光學脈沖到發(fā)射機22a和接收機24a的自由空間傳輸中，補償器32a通常是不必要且可以省略。補償器32a和激光源30a可以通過光纖互相光學地耦合或者可以以自由空間方式互相光學地耦合。
[0024]一旦由補償器32a提供給光學脈沖適當量的相反符號的色散，光學脈沖提供給分束器34a。分束器34a分開光學脈沖并且將它們提供給第一光纖26a和第二光纖28a。在此實施例中，第一光纖26a是單模光纖，其中由分束器34a分開的脈沖被提供給光纖26a。以同樣的方式，第二光纖28a也是接收從分束器34a分出的脈沖的光纖。
[0025]光纖24a耦合到發(fā)射機22a。類似地，光纖26a光學地耦合到接收機24a。當接收機22a從光纖26a接收到這些光學脈沖時，接收機22a將向片狀電介質(zhì)樣本18a輸出至少一個太赫茲輻射脈沖36a。當接收機24a從光纖28a接收到光學脈沖時，接收機24a將接收由發(fā)射機22a發(fā)射并從片狀電介質(zhì)樣本18a反射出的太赫茲輻射脈沖38a的至少一部分。因為此，時序是重要的，以使得接收機24a通過在光纖26a和光纖28a上行進的光學脈沖來與發(fā)射機22a同步。
[0026]發(fā)射機22a可以通過偏置的光電導半導體開關、電光晶體或者一些其它裝置(例如四波混頻，傅里葉綜合)的作用來生成太赫茲脈沖。光電導半導體開關或者電光晶體發(fā)射機典型地由光學或近紅外飛秒(或者亞皮秒)激光源來驅(qū)動。光電導半導體開關發(fā)射設備在半導體的電壓偏置區(qū)域中創(chuàng)建隨著吸收激光脈沖而流動的真實電流，并且創(chuàng)建在半導體導帶中的載流子。光電導半導體開關半導體材料經(jīng)常被選擇為具有(亞)皮秒載流子壽命。以這樣的方式，電流在遵循激光脈沖包絡的脈沖響應中上升和衰減。光電導半導體開關發(fā)射機設備典型地具有在半導體上制造的金屬平板天線;該天線用于既增強太赫茲脈沖的發(fā)射又向吸收區(qū)域提供偏置。天線是太赫茲共振(典型地，偶極子、領結式或類似的)，具有作為天線的兩半之間的小間隙的“饋送(f eed)”，在此處，激光在連接天線的兩邊的半導體中被吸收。在某些情況下，不使用傳統(tǒng)的天線，且只從偏置的半導體(“赫茲偶極子”)中載流子的加速來發(fā)射脈沖。典型的光電導半導體開關半導體材料包括低溫生長的砷化鎵(LT-GaAs)和適用于<850nm激光源的藍寶石上福射損傷娃;和適用于<1060nm和/或<1550nm激光源的低溫生長的砷化銦鎵(LT-1nGaAs)。超快激光脈沖可以具有比帶隙能量更高的頻率?？梢詫雽w摻雜來修改它們的壽命和/或帶隙。電光晶體發(fā)射機設備也同樣地是由類似的超快激光脈沖來驅(qū)動;然而發(fā)射典型地由于激光脈沖在晶體中的非線性光學整流。典型的晶體是鋅的碲化物、鎵的磷化物、DAST以及其它。
[0027]此外，系統(tǒng)1a還可以包括外部參考結構40。外部參考結構40可以是完全反射性的，例如鏡子。在這種情形下，福射38A既被片狀電介質(zhì)樣本18A的每一層反射，又被外部參考結構40反射。進一步地，系統(tǒng)1a還可以包括附加傳感器44a。這些附加傳感器44a可以包括近紅外傳感器、電渦流傳感器、磁傳感器、可視光譜傳感器、卡尺、核磁共振光譜傳感器或者拉曼光譜傳感器。
[0028]一旦由接收機24a接收到輻射38a，接收機24a生成可以由控制單元42a解釋、縮放和/或數(shù)字化的電氣信號?？刂茊卧?2a通常電耦合到接收機24a以從接收機24a接收電氣信號。
[0029]參考圖2，在其最簡單形式中，控制單元42可以包括與存儲器設備48通信的處理器
46。處理器46可以是單個處理器或者可以是協(xié)同工作以執(zhí)行任務的多個處理器。存儲器設備48可以是能夠存儲數(shù)字信息的多種不同設備中的任意一種。例如，存儲器設備48可以是磁性設備(諸如硬盤驅(qū)動器)和光學設備(諸如光盤閱讀器)或者固態(tài)設備(諸如閃存存儲器)。存儲器設備48可以存儲從接收機24傳輸?shù)牟ㄐ?。存儲器設備48還可以包括用于配置處理器46適當?shù)胤治鋈魏谓邮盏牟ㄐ蔚闹噶睿鐚诖松暾堉猩院竺枋龅摹?br>[0030]控制單元42還可以包括用于接收輸入的與處理器46通信的輸入設備50。輸入設備50可以是鍵盤、鼠標或者甚至是外部存儲設備。控制單元42還可以包括與處理器46通信的輸出設備52。輸出設備52可以是外部存儲設備或者也可以是顯示設備。
[0031]此外，控制單元42包括與處理器46通信的端口 54。端口 54可以是多種不同電子端口中的任意一種，諸如以太網(wǎng)端口、通用串行總線端口或者能夠傳輸接收電子信息的任意端口。端口 54可以與發(fā)射機22、接收機24或者甚至附加傳感器44通信。
[0032]重新參考圖1A，在這個實施例中，輻射36a被片狀電介質(zhì)樣本18a反射出并且將其作為輻射38a發(fā)送到接收機24a。然而，應該理解，本申請中公開的系統(tǒng)和方法同樣適用于透射輻射。此外，參考圖1B，公開了與圖1A中的系統(tǒng)1a類似的系統(tǒng)10b。相似的參考數(shù)字被用來指示相似組件，唯一的差別是圖1B中的參考數(shù)字后面有字母“b”而不是圖1A中的參考數(shù)字后的“a”。系統(tǒng)1b展示了發(fā)射機22b發(fā)送輻射36b穿過樣本18b。該輻射透射通過樣本18b并且作為輻射38b發(fā)送到接收機24b。此外，應該理解，系統(tǒng)可以在單個系統(tǒng)中包含透射輻射和反射輻射兩者的使用。
[0033]通常地，從發(fā)射機22a和22b發(fā)射的輻射36a和36b是太赫茲輻射，該太赫茲輻射具有時域傅里葉分量典型地在0.050太赫茲到3太赫茲范圍的近單周期電磁脈沖。盡管可以是更低和更高的重復率，但是通常發(fā)射機22a以具有50MHz到3GHz之間的重復率的順序流發(fā)射太赫茲脈沖。通常地，利用的太赫茲輻射將是時域太赫茲輻射。然而，可以使用其它類型的帶寬源，包括連續(xù)波和離散帶寬源。
[0034]樣本18a和18b是相同的，因此將只描述樣本18a;然而，同樣的描述適用于樣本18b。樣本18a具有第一層12a、第二層14a和第三層16a。同樣重要的是注意樣本18a可以具有多個不同層中的任意一種或者可以簡單的由單層制成。系統(tǒng)1a的一個功能是根據(jù)時變電場已經(jīng)由發(fā)射機22a生成、傳播通過了光學傳送部件且穿過和/或從測試中的樣本18a反射撞上接收機24a的時間來對該時變電場進行采樣。接收機24a處時變采樣的電場記錄通常叫做“波形”。該波形采樣最容易通過將超快激光源光學地分開為兩個路徑來完成。第一路徑26a去發(fā)射機22a且第二路徑28a去接收機24a。兩個路徑之間的飛行時間通過可變的光學延遲線系統(tǒng)地改變(該延遲線可以插入到第一路徑26a、第二路徑28a或者插入兩者中)。可變延遲的量叫做“波形窗”。接收機24a是使得它只測量與超快激光器激發(fā)脈沖同步的太赫茲脈沖電場。波形測量本質(zhì)上等價于電場的時變門積分?？梢酝ㄟ^鏡子和/或棱鏡的線性或者旋轉(zhuǎn)的光-機運動、光纖展寬、激光重復率變化和實質(zhì)上不相等的光學路徑長度、或者重復率幾乎相同但是相位可以測量和/或控制的兩個激光的使用的不同步來獲得時變的光學延遲。
[0035]像發(fā)射機22a—樣，接收機24a可以是光電導半導體開關半導體或者電光晶體晶體。對于光電導半導體開關接收機24a，設備常常用與發(fā)射機22a類似的天線微加工而成。然而，取代了使發(fā)射機天線偏置，電壓或電流放大器被連接到天線;并且輸出電壓或電流和與接收機采樣的超快激光脈沖在時間上一致的太赫茲脈沖電場的幅值(和符號)成比例。接收機光電導半導體開關材料理想地將具有(亞)皮秒載流子壽命。除了(亞)皮秒壽命之外，半導體材料理想地具有非常高的電阻率以使得暗電流非常低(與光電導半導體開關接收機相似)，并且電光晶體接收機也由超快激光脈沖采樣。然而，取代了在電光晶體中直接探測電流或者電壓，晶體用來改變剛好以太赫茲脈沖行進穿過電光晶體的超快激光脈沖的偏振狀態(tài)。超快激光脈沖由跟隨有(一個或多個)光電探測器的偏振器來分析。偏振器可以被設置來在無太赫茲脈沖時使超快激光傳輸為零;然而偏振器更頻繁地被設置來平衡來自測量正交偏振的兩個光電探測器的信號；并且光電探測器之間的信號差與采樣的太赫茲場成比例。
[0036]最嚴格的，太赫茲脈沖通過實驗光學傳送部件從發(fā)射機22a到接收機24a的傳播可以由傅里葉光學通過用空間波矢k和頻率分量ω分解為偏振平面波的疊加來模型化。光學傳送部件的順序組件中的每一個通過改變每個原始的傅里葉分量并且在沿著波路徑的特定點處用作一個或多個平面波的新發(fā)射點(惠更斯-菲涅爾原理適用于平面波、球面波、小波等)來為傳遞函數(shù)做貢獻。每一個分量在接收機24a處被求和(在接收機的有效區(qū)處干涉)并且然后在空間(去計算有效區(qū)的頻率依賴重疊)和時間(去計算在接收機24a處作為波形記錄的期望的時變電場)反向傳遞。
[0037]通常，來自發(fā)射機22a的發(fā)射非常接近高斯，且傍軸近似(paraxialapproximat1n)成立。應該注意的是，由于太赫茲脈沖的頻率范圍太大，所以較低頻率處的衍射效應可以比高頻率處的衍射效應大得多。傳播通過孔徑可以起著對太赫茲脈沖的高通濾波器的作用。同樣地，聚焦于接收機24a的太赫茲脈沖可以被對準為在低頻率處合適地模式匹配但是在高頻率處更少模式匹配，這起著低通濾波器的作用。通常太赫茲光學傳送部件被配置為以單位放大率將發(fā)射機22a共焦地成像到接收機24a上;并且光學部件的直徑被選擇為足夠大從而不會導致在關注的最低頻率處的任何大量的功率損耗(通常近似為高斯束半徑的Pi倍)。只要在測量過程期間頻率依賴的空間濾波效應不改變，參考反射和/或透射波形可以用于對樣本的測量的波形標準化(在頻域中)或去卷積(在時域中)，而無需對太赫茲束透射或反射穿過樣本的每一層時的幅值或相位的大多數(shù)可能空間效應進行模型化或修正。在一些情況下，如果太赫茲束正在經(jīng)歷由于聚焦在片狀樣本所位于的區(qū)域?qū)е碌南辔桓淖?Guoy相移)，那么可能有必要在傳播模型中計入這個相移。
[0038]雖然下面計量方法的描述通常涉及到被作為“紙”來測量的單層薄片來作為啟發(fā)性的例子，應該理解，同樣的分析可以用來確定任何片狀電介質(zhì)樣本18a的相同物理參數(shù)。如前所述，片狀材料可以具有一個層或多個層，并且每層可以由一種或多種物質(zhì)構成。
[0039]參考圖3，圖3示出了樣本18a和外部參考結構40。在此，由發(fā)射機22a提供的輻射36a被引導朝向樣本18a。樣本18a反射部分福射36a。此外，福射36a中的一些穿過樣本18a且然后被外部參考結構40反射。反射的輻射38a提供給接收機24a。
[0040]參考圖4，接收機24A向控制單元42提供波形50。波形50—般可以拆分成為三個分離的區(qū)域52、54和56。每個區(qū)域52、54和56可以表不從樣本18A反射的福射的不同部分。例如，第一區(qū)域52可以表示從樣本18A的頂面反射出的輻射的部分，第二區(qū)域54可以表示從樣本18A的底面反射出的輻射的部分，而第三區(qū)域56可以表示從后反射器40反射出的輻射的部分。此外，應該理解，每個區(qū)域52、54和56可以重疊包括來自其它區(qū)域的輻射。例如，區(qū)域
54可以包括來自樣本18A的表面的一些輻射，而區(qū)域56可以包括從樣本18A的底面反射出的一些福射。
[0041 ]如前所述，控制單元44A與太赫茲接收機24a通信，并且被配置為接收來自太赫茲接收機24a的測量的波形50?？刂茊卧?2被配置來選擇測量的波形56中關注的至少一個區(qū)域52、54和/或56。控制單元42然后將測量的波形50中關注的至少一個區(qū)域52、54和/或56與模型波形進行比較。然后，控制單元42接著改變模型波形的至少一個參數(shù)來最小化模型波形和測量的波形50之間的差異，并且確定模型波形的至少一個參數(shù)以使得模型波形與測量的波形50最好地匹配。控制單元42可以通過最小化模型波形與測量的波形50之間的差異的平方和來確定測量的波形的最佳匹配。
[0042]模型波形的至少一個參數(shù)包括下列中的至少一種:片狀電介質(zhì)模型的厚度、片狀電介質(zhì)模型的復折射率和/或片狀電介質(zhì)樣本18a的任何層的長度以及任何光學元件的尺寸和光學常量?？刂茊卧?2還可以被配置為通過模型波形的厚度與測量的波形50最佳地匹配來確定片狀電介質(zhì)樣本18a的厚度。模型波形由片狀電介質(zhì)樣本18a不存在時記錄的參考波形導出。
[0043]片狀電介質(zhì)模型的復折射率是由水含量和/或基重參數(shù)化的模型波形的復折射率。同樣地，控制單元42可以被配置來通過以下方式確定片狀電介質(zhì)樣本的水含量或基重:改變復折射率來預測片狀電介質(zhì)樣本的復折射率并且利用預測的復折射率來創(chuàng)建具有附加參數(shù)的模型波形。附加參數(shù)可以包括片狀電介質(zhì)樣本18a的任何層的長度以及任何光學元件的尺寸和光學常量。
[0044]控制單元42可以進一步被配置為通過數(shù)學模型來變換模型波形，該數(shù)學模型基于太赫茲輻射穿過位于至少一個太赫茲發(fā)射機22a與太赫茲接收機24a之間的至少一個已知光學元件的傳播的光學物理。
[0045]太赫茲接收機24a可以被配置來測量太赫茲輻射脈沖的偏振和/或太赫茲輻射脈沖束的角度。由此處，控制單元42可以進一步被配置來通過附加地利用太赫茲輻射脈沖的偏振和/或太赫茲輻射脈沖束的角度來確定測量的波形的至少一個測量參數(shù)。
[0046]進一步地，控制單元42還可以被配置來通過附加地利用片狀電介質(zhì)樣本與太赫茲聚焦透鏡的距離和/或通過附加地利用片狀電介質(zhì)樣本與太赫茲聚焦透鏡的距離和/或附加地利用復折射率與材料改變之間經(jīng)驗關系的確定來確定測量的波形的至少一個測量參數(shù)。
[0047]發(fā)射機22a具有諸如鏡子和透鏡的光學部件來將來自發(fā)射機22a的太赫茲脈沖引導到樣本18a上和/或穿過樣本18a，和諸如鏡子和透鏡的光學部件來將從樣本18a透射和/或反射的太赫茲脈沖收集到一個或多個接收機24a，波形50從接收機24a被同時或者依次測量。被引導到樣本18a上的太赫茲脈沖束36a可以被準直或聚焦。準直的太赫茲脈沖束將對較大的區(qū)采樣而聚焦的太赫茲脈沖束將對較小的區(qū)采樣。當在聚焦時，樣本18a通常處于太赫茲脈沖束的焦點處(與薄紙相比通常在瑞利范圍內(nèi))，以使得事實上當太赫茲脈沖束經(jīng)過薄紙時它仍然可以看做準-準直的。對于準直和聚焦配置，透鏡(或者離軸拋物面反射器或者其它聚焦元件)將會以“共焦”布置進行配置，在“共焦”布置中，發(fā)射機22a的發(fā)射以1:1的放大率投射到接收機24a上。這使發(fā)射機22a的模式與接收機24a的探測模式理想地匹配并且典型地產(chǎn)生了探測的最佳效率并且典型地在接收機24a有效區(qū)可以作為頻率依賴的空間濾波器最小化的程度上導致的最平坦的頻率響應。太赫茲束36a可以被引導為正入射(normal incidence)或者以某個非-零角度入射。接收機24a被配置來收集正入射的反射太赫茲束38a的傳感器典型地叫做“共線”或者“單站(monostatic)”配置。接收機24a被配置來收集非-零角度的反射太赫茲束38a的傳感器典型地叫做“一發(fā)一收(pi tch-catch)”或“雙站(b1-static)”配置。當以反射配置時，與準直的太赫茲束相比，紙在焦點處的高數(shù)值孔徑共焦布置將會改善如果紙有角度飄動時反射束的探測的角容忍度(不再以接收機24a天線為中心的鏡面反射可能被低效率地探測，并且天線可以作為頻率依賴的空間濾波器)。共線配置對紙的垂直飄動與反射束空間地錯過導向不敏感;然而一發(fā)一收反射可能隨著垂直飄動與接收機24a嚴重地錯過導向。
[0048]共線傳感器可以使用部分透射和反射的合束器由獨立的發(fā)射機22a和接收機24A模塊來構建;或者通過偏振合束器的使用來構建。合束器引入了損耗;并且可以通過具有相同有效區(qū)的組合的發(fā)射機22a和接收機24A設備(不再需要合束器)來構建更有效或者方便的系統(tǒng)。一發(fā)一收傳感器需求獨立的發(fā)射機22a和接收機24A模塊。
[0049]波形50應該被調(diào)整以便包含所有來自和/或穿過樣本18a的反射的和/或透射的脈沖能量。注意，在窗口 50內(nèi)的測量能量與包含原波形的測量電場的平方的積分成比例。波形窗口 50應該足夠?qū)捯允沟萌绻埜淖兒穸群?或飄動，所有的相關太赫茲脈沖能量保持在窗口 50中。[OO5O]如圖4中所示，當太赫茲脈沖束36a被引導到樣本18a的表面上時，脈沖束38a的一部分從每個平坦界面反射(對于單層同質(zhì)紙片，即是頂部空氣-紙界面和底部紙-空氣界面)；且脈沖束的一部分透射過每個界面。
[0051 ]可以在發(fā)射機22a處控制和/或在接收機24a處分析太赫茲束的偏振。這可以是通過旋轉(zhuǎn)線偏振發(fā)射機22a和/或接收機24a天線的軸;和/或通過在發(fā)射機22a后放置偏振器和在接收機24a前放置分析器。典型地相對于紙的鏡平面測量偏振;其中偏振平行于鏡平面叫做“S”而偏振在傳播平面(在鏡平面90度角處)中叫做“P”。注意，對于零角度入射，偏振感是退化的。然而紙可能具有少量的雙折射或者偏振依賴的散射以至于采用交叉偏振的接收機24a測量的場可能非零。
[0052]從每個界面反射的電場38a的量(和即刻存在在該界面上的一樣)是電場菲涅爾系數(shù)和方程式的函數(shù)。菲涅爾系數(shù)是入射角、偏振狀態(tài)(關于涉及樣本18a的S和P)和樣本18a的頻率復介電常數(shù)的函數(shù)。頻率依賴的復介電常數(shù)影響幅值(實部)和相位(虛部)兩者;這里幅值與頻率依賴的消光系數(shù)有關而相位與頻率依賴的折射率有關。
[0053]當太赫茲束傳播經(jīng)過界面(空氣-樣本18a或者樣本18a-空氣)時，它將折射。隨著它穿過樣本18a，傅里葉頻率分量中的每一個將會沿著穿過樣本18a的積分路徑長度在幅值和強度上改變，直到波形打到下一個界面;在下一個界面處它將會隨后通過菲涅爾系數(shù)方程式再次反射和透射。
[0054]注意，傅里葉頻率分量中的每一個可以在出樣本18a之前從空氣-樣本18a和樣本18a-界面反射多次，樣本18a將會在下面立刻被稱為“紙”。來自反射分量中的每一個的場原則上將會干涉。反射幾何結構中收集的TD-太赫茲波形的(復)傅里葉頻率分量將會被排序為1-[R空氣/紙];2-[T空氣/紙->T紙厚度t->R紙/空氣->T紙厚度t->T空氣/紙];3-[T空氣/紙_>Τ紙厚度t->R紙/空氣->Τ紙厚度t->R紙/空氣->Τ紙厚度t->R紙/空氣->Τ紙厚度t->T空氣/紙]等等。注意，反射I沒有內(nèi)部通路穿過紙;反射2具有2個內(nèi)部通路穿過紙;反射3具有4個內(nèi)部通路穿過紙等等。在這個標記中“T”意指“透射穿過”而“R”意指“從……反射”。同樣地，穿過紙的脈沖序列是1_[Τ空氣/紙->T紙厚度t->T紙/空氣];2-[T空氣/紙->T紙厚度t->R紙/空氣_>Τ紙厚度t->R紙/空氣->T紙厚度t->T紙/空氣->]等等。注意，透射脈沖I具有I個內(nèi)部通路穿過紙;透射脈沖2具有3個內(nèi)部通路穿過紙等等。
[0055]可以通過傅里葉變換來自發(fā)射機22a的參考脈沖和像在前面段落里描述的序列那樣將復分量傳播穿過反射和透射序列里的每一個到接收機24a來模型化期望的透射或反射波形。可變的參數(shù)是樣本18a的厚度和頻率依賴的介電常數(shù)(包括來自于消光系數(shù)的幅值損耗和來自于折射率的相位改變)、入射角和發(fā)射機22a和接收機24a的偏振。在這個過程中，可以加入計算的復頻域傅里葉分量中的每一個然后后向變換到時域來預測如由接收機24a在透射、反射或者兩者測量的時變電場。
[0056]注意，在時域中，由高折射率到低折射率的反射將會具有相對于由低到高折射率的反射的相反符號。如果折射率差異的符號已知(在空氣-材料界面處)，這對識別序列中脈沖的源可以是有用的。由低到高的反射通常給定為正號，盡管這是隨意的。
[0057]傳感器的太赫茲光學路徑的幾何結構(入射角；發(fā)射機22a和接收機24a偏振)可以認為是已知的常量(尤其是如果紙基本上不飄動)。通過非線性擬合程序可以將模型波形(所有傅里葉分量的總和)擬合到實際透射和/或反射波形(單獨地或者同時地)，非線性擬合程序通過改變用于紙的頻率依賴的消光系數(shù)和頻率依賴折射率的模型的厚度和參數(shù)來最小化殘差(在時域或頻域)。模型化復介電常數(shù)減少了自由參數(shù)的數(shù)量且將擬合限制到經(jīng)驗確定的函數(shù)。可以通常通過頻率的緩變函數(shù)來模型化頻率依賴的消光系數(shù)和折射率。例如，在沒有共振時，消光系數(shù)傾向于在低頻處更小，并且通常由頻率的二次(或者其它多項式)函數(shù)來模型化。在一些情況下，可能有必要擬合來自數(shù)個不同的發(fā)射機22a偏振、接收機24a偏振以及入射角的透射和反射波形的數(shù)據(jù)。
[0058]這個模型可以擴展為確定具有多層的片狀材料(例如，具有涂層的紙)的特性參數(shù)。透射和反射中的脈沖序列計算被類似于上面來建立，伴隨著每層增加附加的菲涅爾反射界面和附加的頻率依賴的復介電常數(shù)模型(頻率依賴的消光系數(shù)和頻率依賴的折射率)和層厚度。再次，可以將模型擬合到測量透射和/或反射波形(其可以被入射角和發(fā)射機22a和接收機24a偏振而改變)以確定對應于每層的所有參數(shù)。
[0059]以上對太赫茲脈沖與樣本18a相互作用的模型的描述假定透射通過層遵循比爾定律;即當橫過均勻電介質(zhì)厚度時電場指數(shù)衰減。實際上，透射通過層可能由于場的內(nèi)部散射而經(jīng)歷附加的損耗，且該損耗可能必須被模型化以便得到精確的材料參數(shù)擬合。這個散射損耗可以遵循或可以不遵循比爾定律。
[0060]以上對太赫茲脈沖與樣本18a相互作用的模型的描述假定從各層的反射由菲涅爾系數(shù)和來自均勻的光學光滑電介質(zhì)(注意，要考慮光學光滑度時，表面在太赫茲頻率處可能比可見光頻率處更加粗糙)的鏡面反射來描述。事實上，反射界面可能是粗糙的并且散射場的一部分，且該損耗可能必須被模型化以便得到精確的材料參數(shù)擬合。
[0061]可以通過特定的近似來簡化從透射和反射波形來將波形模型化為符合塑料的物理參數(shù)。接收機24a可以被配置來采集透射和(一個或多個)反射束中的(每一個)且同時記錄波形。如果散射可忽略，那么透射和反射功率(不是場)的總和可以等于輸入功率減去頻率依賴的消光系數(shù)的功率損耗。如果頻率依賴的損耗可忽略，且頻率依賴的折射率是常量，那么透射脈沖波形只在傳播穿過材料時在幅值上減小(它不改變形狀)。
[0062]此外，如果樣本18a的層的厚度大到與太赫茲脈沖的最長波長可比擬，那么反射脈沖的時域波形將會使每個脈沖在序列中良好分離以使得可以忽略脈沖之間的干涉。在這種情況下，對于任何特定序列，材料的厚度與群速度/2乘以來自層的上界面和下界面的反射脈沖之間的測量飛行時間成比例。只要材料組成和密度保持恒定，材料的厚度可以從此飛行時間得出(并且由于密度恒定，所以基重也可以恒定)?？梢酝ㄟ^去卷積和與參考脈沖擬合的模型來確定波形中脈沖之間的飛行時間。
[0063]在很多測量情況中(尤其是紙)，片狀材料可以薄至與反射脈沖中關注的最長波長可比擬。在這種情況下，峰值反射脈沖將會在幅值和時間上相對于針對厚度的理想飛行時間而改變。這也被稱為法布里I自羅標準具(Fabry Perot etalon)效應。不能通過簡單的峰值尋找或?qū)χT如高斯或洛倫茲脈沖形狀的擬合來確定飛行時間；而是可能要歸納模型峰值的場以考慮到干涉。
[0064]在透射中，只要材料組成是均勻的且密度不改變(并且吸收和色散效應可忽略)，厚度與[存在片時的脈沖飛行時間減去只在空氣中的飛行時間]乘以[材料的群速度減去在空氣中的群速度]成比例。薄片的可變標準具效應沒有使透射脈沖的時序切實地失真。不存在樣本時的參考飛行時間可能不會漂移。這可能要求發(fā)射機22a和接收機24a之間的距離是穩(wěn)定的或者由儀器校正的飛行時間對紙的存在不敏感(例如磁性的或者電渦流測距儀)。如果漂移非常慢，傳感器可以周期性地“離幅”移動來收集新的參考波形(以及飛行時間)。
[0065]反射配置通常比接收機24a被放置為與發(fā)射機22a在片的相對側的透射測量更方便。例如，吊架系統(tǒng)可能需求兩個同步的運動臺?？梢酝ㄟ^在片之后放置反射平面(諸如金屬鏡或軌)使得強脈沖反射回來通過片(經(jīng)過它第二次)到達接收機24a，來使得在反射的測量中一階時序或幅值不會由于薄片標準具效應而失真。在這種情況下，厚度與[存在片時的脈沖飛行時間減去僅在空氣中的飛行時間]/2乘以[材料的群速度減去在空氣中的群速度]。當樣本不存在時參考飛行時間可能不會漂移。發(fā)射機22a/接收機24a對到反射平面之間的距離可以是穩(wěn)定的或者由儀器校正的飛行時間對紙的存在不敏感(例如磁性的或者電渦流測距儀)。如果漂移非常慢，傳感器可以周期性地“離幅”移動來收集新的參考波形(以及飛行時間)。
[0066]可以通過在片之上放置微反射窗(與片之下的反射鏡一樣)來進一步改善反射計量儀配置。窗例如可以由太赫茲透明的塑料(HDPE)或玻璃(熔融石英)制成。這被稱為“外部參考結構”或者ERS。當樣本不存在時的參考飛行時間可能不會漂移。窗的內(nèi)表面到反射平面的距離可以是穩(wěn)定的或者由儀器校正的飛行時間對紙的存在不敏感(例如磁性的或者電渦流測距儀)。如果漂移非常慢，傳感器可以周期性地“離幅”移動來收集新的參考波形(以及飛行時間)。
[0067]注意，不是總可以離幅移動。當使用外部參考結構40時，可以從脈沖序列測量(用單層片)下列飛行時間:(I)窗內(nèi)部到樣本頂部；(2)樣本頂部到樣本底部;和(3)樣本底部到反射平面?？梢允褂每諝庵械墓馑賮碛嬎?1) + (3)的距離。片的紙厚厚度等于外部參考結構40窗的內(nèi)部與反射平面之間的已知(穩(wěn)定的和/或周期性測量的)距離減去[距離(1) + (3)]。這是真實的器量厚度，因為它獨立于片的折射率。可以通過紙厚厚度除以飛行時間(2)來計算片的群速度。通過使用外部參考結構40，太赫茲系統(tǒng)可以測量真實的紙厚厚度、片的基重和密度(假定組成保持相同并且密度變化是由于像包含空間的東西，例如泡沫)。
[0068]在很多情況中，然而，片吸收太多以至于透射穿過片的脈沖失真(通常由于較高頻率損耗而延長且幅值損耗)。在這種情況中，不能進行恒定的頻率依賴消光和/或折射率的近似，并且可以使用上述完整模型的方案(可能包括散射損耗)來同時地擬合厚度和復介電常數(shù)模型參數(shù)。這可以在純反射、在透射中、具有反射平面或者外部參考結構40中完成。
[0069]要在線或離線測量的紙(以及其它片)的重要物理參數(shù)是紙總質(zhì)量中包含的水的百分比。水(通過暴露于潮濕或者在干燥之前來自紙漿的液體)可以包含在紙纖維之間的間隙空間中；和/或束縛到纖維。這將會隨著水的基重而修改紙的復介電常數(shù)(頻率依賴的折射率和頻率依賴的消光系數(shù)兩者)。此外，頻率依賴的散射可能隨著水的基重而改變。紙的厚度可能隨著水的基重而改變。可以更好獨立于用來計算菲涅爾系數(shù)的潮濕紙的折射率來模型化穿過潮濕紙的頻率依賴的折射率(與群速度有關)。
[0070]由于包含水的物理復雜性，擬合脈沖的簡單的幅值(或幅值平方)測量可能不會如比爾定律所期望的正比于水濃度。最顯著的是，間隙水和吸收的束縛水對折射率和消光系數(shù)兩者的影響相對于水基重可能不遵循根據(jù)濃度的比爾定律。反射脈沖幅值的測量，尤其是透射脈沖的測量，將會不僅被由于水的消光而修改也會被由于作為水基重的函數(shù)的菲涅爾系數(shù)導致的前反射脈沖的改變的增大或降低的幅值而修改。
[0071]可以通過根據(jù)已知水基重來獨立地或者同時地擬合反射或透射配置波形中的一個或多個從而經(jīng)驗地測量厚度和傳播模型中的頻率依賴系數(shù)?？梢酝ㄟ^ERS的使用來幫助這個測量配置。經(jīng)驗推導的曲線簇可以接著用來用未知的水濃度擬合紙樣本的水基重(百分比)。
[0072]注意，菲涅爾系數(shù)效應隨著角度和偏振而改變。可以在多個角度和偏振組合來收集波形。一個特別有用的配置可以是布儒斯特(Brewster)角配置。在布儒斯特角，菲涅爾系數(shù)是O并且“P”偏振的脈沖無頻率依賴損耗地傳輸，除了頻率依賴的消光系數(shù)?？梢栽谡鎸嵉膫鬏敾蛘呔哂邢鄬τ诩堃哉_的角度傾斜的ERS/反射傳感器配置中進行使用布儒斯特角的測量。當水濃度和附加損耗小到與紙菲涅爾反射的背景(background)可比擬時，布儒斯特角測量可以特別有用。
[0073]如前面所討論的，可以通過具有幾個參數(shù)的簡單函數(shù)(例如多項式)來經(jīng)驗地模型化頻率依賴的消光系數(shù)(以及/或折射率)。正如大多數(shù)電介質(zhì)，與在較低太赫茲頻率相比，在較高太赫茲頻率對水的吸收更強。水的頻率依賴斜坡或者曲線要比紙的更陡。完整波形(所有的反射和透射分量)的擬合可以確定頻率依賴的(多項式)參數(shù)。這些頻率依賴的參數(shù)可以對水基重具有相對簡單(成比例)的關系。在某些情況中，透射脈沖的更簡單的傅里葉分析以及卡尺的測量可以用來比擬合整個傳播模型更有效地計算經(jīng)驗的頻率依賴參數(shù)。
[0074]下面是假定恒定頻率不相關的折射率、恒定頻率依賴的消光系數(shù)以及比爾定律(Beer’s Law)時的三個主要反射的幅值的計算。這是重要的近似，并且不應該考慮來代表水吸收的上述脈沖傳播的更完整的模型可能更合適的所有實驗情況。
[0075]單站(共線)THZ反射測量是入射脈沖從左至右行進穿過材料片18a，由100%反射的外部參考結構40反射，返回穿過片18a，并且進入接收機24a。這導致3個主要反射。
[0076]片18a和外部參考結構40的表面垂直對準于入射束以使得界面反射直接行進返回到接收機24a。太赫茲光學部件被配置為使得界面反射中的每一個與接收機24a模式匹配，而不管沿傳播軸的距離以及100%的來自于每個界面的電場被記錄。如果不是，可以進行用于校正隨著沿傳播軸的位置的效率損耗的一些方法。
[0077]可以通過在固定持續(xù)時間的電場積分然后除以該持續(xù)時間來找到每個反射脈沖的功率。這要求脈沖在時間上充分地很好地分離開以使得來自每個脈沖的場不干涉?？商鎿Q地，反射脈沖中的每一個可以用金屬參考去卷積，并且峰值功率與幅值平方成比例。
[0078]沒有計入復折射率中的任何頻率依賴改變(折射率或者消光系數(shù)隨著頻率的改變)或者法布里珀羅效應。界面反射系數(shù)Re對于從空氣到材料和從材料到空氣是相同的。
[0079]然而對于這個方法，我們假定吸收水時內(nèi)部透射和反射系數(shù)都不必等于純粹干燥的狀態(tài)。
[0080]即，Ti在Ti+W，且Re在Re+W。在吸收水時材料的卡尺尺寸不會大幅改變。
[0081 ] 定義
[0082]10入射脈沖的功率(不是場)
[0083]Ti片狀材料的內(nèi)部透射功率(O < Ti < I)
[0084]L1片的長度(例如，由太赫茲卡尺測量)
[0085]Re=1-Te從空氣/片界面的反射功率
[0086]Te=1-Re穿過空氣/片界面的透射功率
[0087]I1從第一空氣-材料界面反射的脈沖功率
[0088]I2反射穿過第二材料-空氣界面且返回穿過材料的脈沖功率
[0089]
[0090]I3從鏡子反射兩次行進穿過材料的脈沖功率
[0091]Q1材料的消光系數(shù)
[0092]Qw(Cw)水的濃度依賴的消光系數(shù)
[0093]Cw(aw)水的濃度相對于水的消光系數(shù)
[0094]Ti切片加水的內(nèi)部投射功率
[0095]使用外部參考結構40和合適的方法用于確定從每個界面反射的功率，測量下列反射脈沖功率:
[0096](I) Ii = 10(1-Te)
[0097](2) I2 = 1(1-Te)Te2Ti2
[0098](3) I3 = 1Te4Ti2
[0099]然后我們可以首先解Te
[0100](4) Te = -l3/l2+SQRT((l3/l2)2+4I3/l2)
[0101]知道Te，我們可以解Ti
[0102](5) Ti = SQRT((I3/l2)(l-Te)/Te4)
[0103]依據(jù)純凈物質(zhì)的消光系數(shù)Ci1，使用比爾定律，
[0104](6) Ti = exp(-aiLi)
[0105](7) ai = -1n(Ti)/Li
[0106]盡管依據(jù)某些優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但將會理解，本發(fā)明不限于這些公開的實施例，本領域技術人員在不脫離以下權利要求及其等價物范圍的情況下可以做出各種修改。
【主權項】
1.一種用于使用太赫茲輻射確定片狀電介質(zhì)樣本的至少一種性質(zhì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 至少一個太赫茲發(fā)射機，被配置來向所述片狀電介質(zhì)樣本輸出太赫茲福射脈沖； 太赫茲接收機，被配置來接收來自所述片狀電介質(zhì)樣本的太赫茲輻射脈沖的至少一部分，其中所述太赫茲接收機被配置來基于由所述太赫茲接收機接收的太赫茲輻射輸出測量的波形； 控制單元，與所述太赫茲接收機通信并且被配置來接收來自所述太赫茲接收機的所述測量的波形； 其中所述控制單元被配置為: 選擇所述測量的波形中關注的至少一個區(qū)域， 將所述測量的波形中關注的至少一個區(qū)域與模型波形進行比較， 改變模型波形的至少一個參數(shù)來最小化所述模型波形與所述測量的波形之間的差異，并且 確定所述模型波形的所述至少一個參數(shù)以使得所述模型波形與所述測量的波形最佳地匹配。2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述模型波形的所述至少一個參數(shù)包括下列中的至少一個:片狀電介質(zhì)模型的厚度和片狀電介質(zhì)模型的復折射率。3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元被配置為通過所述模型波形的厚度與所述測量的波形最佳匹配來確定所述片狀電介質(zhì)樣本的厚度。4.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述片狀電介質(zhì)模型的所述復折射率是由水含量和/或基重參數(shù)化的所述模型波形的復折射率。5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元被配置為: 通過改變所述復折射率來預測所述片狀電介質(zhì)樣本的復折射率從而確定所述片狀電介質(zhì)樣本的所述水含量或者基重 利用所預測的復折射率來創(chuàng)建具有附加參數(shù)的模型波形。6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述附加參數(shù)包括所述片狀電介質(zhì)樣本的任意層的長度和任意光學元件的尺寸和光學常量。7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中由所述太赫茲接收機從所述片狀電介質(zhì)樣本接收的所述太赫茲輻射脈沖的部分是由所述片狀電介質(zhì)樣本反射到所述太赫茲接收機的。8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括鏡子，被配置來將由所述太赫茲發(fā)射機發(fā)射的太赫茲輻射反射到所述太赫茲接收機。9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述模型波形的所述至少一個參數(shù)包括從所述鏡子到參考脈沖的距離。10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述波形是時域波形。11.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述波形是頻域波形。12.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述模型波形源自于當所述片狀電介質(zhì)樣本不存在時記錄的參考波形。13.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元被配置為通過數(shù)學模型來變換所述模型波形，所述數(shù)學模型基于所述太赫茲輻射穿過位于所述至少一個太赫茲發(fā)射機與所述太赫茲接收機之間的至少一個已知光學元件的傳播的光學物理。14.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元通過最小化所述模型波形與所述測量的波形之間差異的平方和來確定所述測量的波形的最佳匹配。15.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括用于感測所述片狀電介質(zhì)樣本的性質(zhì)的至少一個附加傳感器。16.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個附加傳感器包括近紅外傳感器、電渦流傳感器、磁傳感器、可視光譜傳感器、卡尺、核磁共振光譜傳感器或者拉曼光譜傳感器中的至少一個。17.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中: 所述太赫茲接收機被配置來測量所述太赫茲輻射脈沖的偏振:并且 所述控制單元被配置為通過附加地利用所述太赫茲輻射脈沖的偏振來確定所述測量的波形的至少一個測量參數(shù)。18.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中: 所述太赫茲接收機被配置來測量太赫茲輻射脈沖束的角度;并且 所述控制單元被配置為通過附加地利用所述太赫茲輻射脈沖束的角度來確定所述測量的波形的至少一個測量參數(shù)。19.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元被配置為通過附加地利用所述片狀電介質(zhì)樣本與太赫茲聚焦透鏡的距離來確定所述測量的波形的至少一個測量參數(shù)。20.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元被配置為通過附加地利用所述復折射率與材料改變之間的經(jīng)驗關系的確定來確定所述測量的波形的至少一個測量參數(shù)。
【文檔編號】G01N21/17GK105829866SQ201480070066
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年11月14日
【發(fā)明人】D·奇姆達斯, J·S·懷特, S·威廉姆森, I·杜寧
【申請人】派克米瑞斯有限責任公司