粮食与国家的安稳和人民的生活有密切联系,是重要的战略物质,储粮的安全高效管理历来备受各国重视。中国粮食年总产量为4500~5000亿公斤,其中储粮害虫造成的损失高达45~150亿公斤,组成储粮损失的主要部分。因此储藏粮食时,必须防范害虫,否则害虫为害造成储粮大量损失。随着半导体材料科学和超快激光技术的迅速发展,太赫兹(THz)光谱系统可以提供储粮害虫在太赫兹波段的新的生物特征信息和鉴别依据,并建立新的研究方法和与兼顾优势互补的其他检测技术进行鉴别,实现对储粮害虫及其种类进行快捷方便检测;调查和监测储粮害虫的虫情,提高储粮害虫的准确检测肩有重大实践意义。本文以谷粒和小麦为代表,研究象虫科玉米象、谷粒和小麦的THz时域谱、吸收谱、折射谱和频域谱,为储粮害虫在THz波段的指纹图谱库提供初步的实验数据,以寻求一种基于THz波的储粮害虫的检测方法,并建立和验证识别模型。本文主要内容、创新点如下:(1)对论文的研究背景及进展进行介绍,主要包括两方面,一是国内外储粮害虫的检测方法的现状,并分析了太赫兹科学技术的特点以及在农产品及食品检测中研究现状与进展,阐明对太赫兹时域光谱检测储粮害虫进行研究的重要性和重大意义;二是详述太赫兹的典型系统、实验搭建的透射式太赫兹系统、光学参数提取原理、系统信噪比及动态特性的评估。(2)对玉米象粉、谷壳粉、米粉三种纯样品进行光谱分析,结果表明由于谷壳、米粉和玉米象内部成分的不同导致对THz波不同程度的吸收,从而在时域图中三种样品有大幅度的信号衰减和不同的时间延时。三种样品的吸收谱均在0.28THz有吸收峰,玉米象的吸收谱在1.46THz存在区别于其他两种样品的明显吸收峰。因此,样品中是否含有玉米象可以从时域图的时间延时、吸收谱的特征吸收峰进行判断。(3)对虫粉含量比重由0%、15%、25%、35%、45%、55%、65%、75%的8种米粉和玉米象粉混合样品进行光谱分析,结果表明随着虫粉含量比重增高,频率域谱图的峰值也随之增加,说明米粉对太赫兹光谱的吸收比玉米象粉的要强,分析结果与纯样品的一致。对上述8种样品的吸收系数谱进行分析,结果表明样品在0.28THz处均有吸收峰,且在1.36THz~1.42THz内有一个明显的吸收峰,此处是由于玉米象的存在而引起的吸收峰,因此可作为样品中是否有玉米象判断依据。(4)对玉米象粉、谷壳粉、米粉三种纯样品进行光谱进行HHT分析,结果表明在-1.5~0.5ps对应0.85~1.8THz及-1.5~0.5ps对应0.5~0.75THz区域范围内能量值可作为米粉的特征谱图,-5~-1.5ps区域内的能量谱图可作为谷壳粉的特征谱图,因此可以通过单一时频图更快速便捷地将3种纯样品识别出来,无需把三种样品的时域图或频域图放在一起进行比较。分析米粉和玉米象混合样品,当米粉含量较大时,米粉的HHT谱图特征信息较显著,当玉米象粉含量较大时,玉米象粉的HHT谱图特征信息较显著,与纯样品的分析一致。(5)利用偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)方法对样品是否含玉米象成分进行模型建立和鉴别,判别准确率高达100%,其由玉米象的特征吸收峰决定。利用PCA(主成分分析法)与k阶邻近法结合的方法,总识别率为0.9322。用PLSR(偏最小二乘回归法)方法建立模型,并对不同玉米象碎片含量的混合样品进行成分预测及模型验证,其校正模型和验证模型预测值的内部交叉验证均方差RMSECV分别为3.7389%和3.9664%,相关系数2R分别为0.9985和0.9984,模型预测精度很高,稳定可信。