基于调频连续波的太赫兹透视测距技术

由于太赫兹波能够穿透非金属、非极性材料,太赫兹技术能够弥补激光技术的不足,实现对目标内部的透视测距。研究分析提出基于线性调频连续波的太赫兹透视测距技术,实现了多种材料的厚度以及多层介质材料的介电常数的非接触式测量,进一步拓展了太赫兹线性调频连续波的应用范围,为材料介电常数测量提供了新途径。以3种常见的材料作为检测目标,利用0.11～0.17 THz、0.17～0.22 THz、0.22～0.33 THz、0.33～0.50 THz 4个频段的太赫兹线性调频连续波实验验证方法的有效性,并证明厚度测量和介电常数测量的精度随信号带宽的增加而提高,误差最小均可达到1%以下。此外,以雷达天线罩陶瓷材料作为检测目标,应用太赫兹透视测距的原理,结合二维扫描架获取样品的全部信息,实现了对内部缺陷的透视成像与定位。     

六氟化硫气体中水含量的太赫兹时域光谱检测*

六氟化硫设备中的含水量检测对电网的安全运行至关重要.为了实现对六氟化硫气体中含水量的快速无损检测,利用太赫兹时域光谱技术对不同含水量的六氟化硫气体进行实验测量,获得了不同含水量六氟化硫气体的吸收系数和折射率,研究了六氟化硫气体中的水分对太赫兹波的吸收作用.实验结果表明,六氟化硫气体的吸收系数和折射率都随着水含量的增加而增大.根据不同水分含量六氟化硫气体的吸收系数反向推测出含水量,实现对六氟化硫气体的含水量检测.研究六氟化硫气体中含水量的太赫兹吸收光谱特性,对于快速、准确检测高压电器设备中六氟化硫气体的含水量及排除安全隐患具有重要意义.     

基于USB的主动太赫兹成像电路设计

简要介绍了一套针对双波段主动太赫兹无损检测系统研制的基于USB通信的电路系统.该电路系统可通过控制二维扫描机构实现太赫兹无损检测系统的二维扫描,利用双波段太赫兹探测器接收经目标反射的由双波段太赫兹源辐射的太赫兹信号,并对该信号利用过采样方式实现数据采集,通过USB实现数据的上位机传输,并最终利用频域滤波和小波变换等图像处理技术实现主动太赫兹成像.成像结果表明,电路系统符合实际需求,双波段太赫兹无损检测系统可实现分辨率3 mm的无损检测,能很好地满足泡沫等非极性材料的无损检测的应用需求.     

太赫兹技术在电气设备绝缘缺陷检测研究综述

太赫兹波在绝缘介质材料传播中不仅具有衰减小,准直性强,穿透性好等优点,而且在成像可视化方面具有较高的分辨率,深受电气设备绝缘缺陷检测领域学者的喜爱。首先概述了太赫兹波的产生和探测技术,介绍了太赫兹时域光谱技术和基于时域、频域信号的特征参量对绝缘缺陷成像的原理,给出了电气设备绝缘缺陷应用太赫兹波检测的典型案例,探讨了目前存在的探测方式选取、缺陷类型识别、在线监测可行性的相关问题,最后对太赫兹技术在电气设备绝缘缺陷检测领域的前景进行了展望。     

太赫兹光谱技术的应用进展

近年来太赫兹（THz）技术快速发展,在安全检测、航空航天、生命科学、化学等领域应用日趋广泛。由于许多炸药及其相关材料在THz波段具有特征吸收,许多非金属、非极性材料对THz波是透明的,且太赫兹波具有低能性,THz光谱技术在安检中具有巨大的应用潜力。本文介绍了太赫兹波的特性和国内外在太赫兹领域的研究进展,详细介绍了太赫兹波在爆炸物、毒品和包装材料检测中的应用,并讨论了在应用中存在的困难和面临的挑战。     

太赫兹反射成像技术在复合绝缘子硅橡胶内部缺陷检测中的评述

由于太赫兹波穿透能力强、成像分辨率高、抗干扰能力强等优点,基于太赫兹反射成像方式的无损检测技术成为绝缘子缺陷检测领域的研究热点。本文首先介绍了介质中太赫兹波的传播特性,构建传播模型分析了存在缺陷时因介质不连续性导致缺陷界面处的太赫兹波折反射现象。然后概述了电磁波的时域有限差分法（FDTD）,基于FDTD理论的电场随时间的变化方程利用全波三维电磁场仿真软件对硅橡胶材料进行几何建模仿真,发现在距离模型中心2.5 mm的观测面上观察到的太赫兹波分布情况差异可以反映内部缺陷的尺寸和位置,提供了一种理论研究仿真方法。最后综述了学术上应用太赫兹成像技术检测绝缘子内部缺陷的案例,分析了探测距离影响灵敏度、背景噪声影响成像分辨率和缺陷类型识别的问题,并针对这些问题进行了展望。     

调频连续波太赫兹雷达方案研究及系统验证

太赫兹雷达由于其极高的分辨率而日益受到研究者的重视。该文展示了一种工作在220 GHz频段的线性调频连续波体制太赫兹雷达的设计方案和实验结果。该雷达采用超外差结构,以获得更低的相位噪声和更大的动态范围。在雷达发射机基带部分采用了直接数字波形合成技术以获得稳定、快速的线性调频信号频率源,扫频时间40 μs,扫频带宽14.4 GHz。实验结果表明,解线频调结果与理论分析值相吻合,该雷达非常适合用于高分辨率安检成像和无损检测。     

热氧老化对XLPE太赫兹频域介电特性的影响

为了研究XLPE电缆绝缘的老化特性,对110 kV商用XLPE电缆绝缘在130℃下进行实验室加速老化实验。采用太赫兹时域光谱仪分别测试参考试样和XLPE试样的时域信号,经过快速傅里叶变换获得相应的频域信号,并计算XLPE试样在0.5～2.5 THz内的介电常数实部和虚部。通过差示扫描量热仪和傅里叶变换红外光谱研究老化过程中试样化学结构的变化。结果表明:随着老化时间的延长,XLPE试样的结晶度减小,氧化产物增多,老化XLPE试样在0.5～2.5 THz的介电常数实部高于未老化试样,而介电常数虚部小于未老化试样。热老化过程中,XLPE发生了分子链断裂以及氧化反应,其化学结构被破坏,分子链段运动能力增强,导致XLPE在太赫兹频率的介电常数实部增大;老化导致XLPE的结晶度减小,晶格振动强度减弱,使得介电常数虚部减小。     

太赫兹波技术在药学上的应用研究

太赫兹(THz)辐射是一种新型的远红外相干辐射源,太赫兹时域光谱技术是利用太赫兹脉冲研究物质物理化学性质的一种新兴光谱技术,具有很多独特的性质。由于很多极性生物大分子的振动和旋转能级都处于在太赫兹波段内,因此利用太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术研究药品的结构,分析药品的成分,对控制药品的质量稳定性具有重要的意义。综述了近些年来太赫兹技术在药品领域上的应用成果,探讨了存在的问题,并对发展前景进行了展望。     

太赫兹波技术在电网设备绝缘材料检测中的应用

太赫兹波在绝缘介质中具有良好的穿透性、直线性、抗干扰性,且对人体无害,随着太赫兹波发射和探测技术的成熟,在材料无损检测、光谱分析、航空、医学等领域开始广泛应用。文中阐述了太赫兹波的产生、探测原理,以及太赫兹透射波、反射波在绝缘介质检测中的探测方式;分析了基于时域、频域信号的特征参量对被测物体进行太赫兹成像的原理;最后,综合阐述了太赫兹波在电网设备绝缘材料检测中的应用场景和技术可行性。     

复合材料声发射信号传播特性试验研究

为了获取直升机动部件疲劳损伤声发射信号的传播特性,搭建了声发射数据采集系统,对直升机动部件常用碳纤维材料试件和蜂窝材料试件进行了传播特性断铅试验,利用谐波小波包分析了声发射信号在各个频带上的衰减特性,克服了传统小波包分析能量泄露、频带选取不灵活、不同层频率分辨率不同的缺点.研究结果表明对于所研究两种试件,100 ～ 200 kHz频带的衰减特性与原始信号基本一致,可以代替原始信号进行定位和损伤识别研究,频率越高,衰减越快,衰减较大的无损检测场合,适合选择较低频率范围提取信号特征,对于所研究碳纤维材料试件,200 mm之后声发射信号衰减特性偏离理想衰减特性很大,限制了传统声发射源定位方法的应用.     

基于太赫兹波的复合绝缘子界面检测研究

复合绝缘子的交界面缺陷问题严重威胁着电网的安全运行。为了有效评估复合绝缘子的界面性能,研究基于太赫兹波的无损检测方法。首先理论分析了太赫兹反射波在不同性能界面中的传播过程。测试界面气隙、蚀损缺陷情形的太赫兹反射波,分析太赫兹波在含缺陷界面中的反射传播特性。针对气隙缺陷,提出通过太赫兹波形特征比对的定量检测方法;针对蚀损缺陷,提出基于波形差值的成像检测方法。根据太赫兹波形特征信息,可对界面气隙和蚀损缺陷进行分类诊断。对实际缺陷的测试表明,太赫兹时域反射波在复合绝缘子界面缺陷检测中具有较高的应用价值。     

基于空耦超声的聚合物锂离子电池缺陷检测

用具有非接触、非破坏和非浸入等特点的空气耦合超声对软包聚合物锂离子电池中的气泡进行检测。利用空耦超声垂直透射法,采用400 k Hz的圆形空耦聚焦探头,针对厚度为3 mm聚合物锂离子电池中的Φ=4.0 mm、5.0 mm、6.0 mm、7.2 mm和7.8 mm以及长径27.0 mm、短径3.5 mm等气泡进行265 mm×365 mm范围的C扫成像。声波遇到电池气泡缺陷时,振幅从0.38 v降为0.16 v。空气耦合超声无损检测技术可以对锂离子电池进行检测,并能准确检测出气泡的分布位置及外部未能分辨出的深浅不一的气泡缺陷。直径为4.0 mm的自然气泡缺陷能被准确检测出,相对误差低于5.5%。     

基于虚拟时间反转的空气耦合超声板材腐蚀缺陷概率损伤成像

为达到导波非接触式自动化检测,基于空气耦合超声检测技术,利用A0模态lamb波对铝板中预置的0.5mm和1mm深度的凹槽模拟的腐蚀缺陷进行正交扫查以获取缺陷的位置信息,分别以lamb波波包的能量和lamb波虚拟时间反转重构信号与原始信号的相关系数为损伤指数来表征缺陷大小,最后基于概率损伤成像方法,使用全乘法对缺陷损伤指数进行融合成像。成像结果显示使用虚拟时间反转算法成像结果要比常规的能量算法成像效果好,结果显示缺陷的位置和形状与实际情况较吻合,对缺陷的深度有较好的区分能力。     

室内实测数据太赫兹合成孔径雷达成像研究

合成孔径雷达实现高分辨率成像要求平台作理想匀速直线运动,相对传统微波SAR而言,太赫兹波的波长更短,SAR平台高频微小振动对常规微波频段 SAR影响几乎可以忽略,对太赫兹合成孔径雷达（Terahertz synthetic aperture radar ,T Hz‐SAR）的影响必须精细处理,研究适用于 T Hz‐SAR的成像补偿算法是必要的。本文建立 T Hz‐SAR非理想情况下的回波模型,分别从时域和频域详细分析运动误差对回波的影响。提出了一种基于回波数据的T Hz‐SAR成像运动补偿算法,采用中心频率0．3 T Hz的SAR系统进行实验,使用RD算法对目标进行二维高分辨成像,得到3个角反射器的二维SAR图像。实验结果验证了系统的可行性和所给处理算法的有效性,为外场车载或机载的T Hz‐SAR成像奠定了基础。     

基于平面电容传感器的复合材料缺陷检测研究

为实现利用平面电容传感器直接测得的电容值对碳纤维增强复合材料（CFRP）缺陷的表征,本文基于电容边缘效应,在有限元仿真软件COMSOL中构建平面电容传感器,分析电极参数对其性能的影响并进行优化,灵敏度提高2%~52%,穿透深度可达到4.13mm。当传感器的面积一定时,研究感应电极的最优长宽比,并拟合得出传感器电极长度与面积之间的线性关系。在单电极直流激励的情况下,改变缺陷大小,检测感应电极的电容值变化。结果表明随着缺陷大小的增加,感应电极的电容值会随之减小,利用拟合曲线可以实现对CFRP缺陷的量化评估,其相关系数达到0.996以上。     

Sensitivity of laser opto-acoustic imaging in detection of smalldeeply embedded tumors

Current imaging modalities fail to detect small tumors in the breast. Opto-acoustic tomography is a novel technique for early cancer detection with promising diagnostic capability. The experimental limit of sensitivity and maximal depth of the laser opto-acoustic detection for small model tumors located within bulk phantom tissue were studied. Two phantoms with optical properties similar to that of breast tissue in the near infrared spectral range were used in these studies: turbid gelatin slabs with the thickness of 100 mm and chicken breast muscle slabs with the thickness of up to 80 mm. Gelatin spheres with enhanced absorption coefficient relative to the background absorption and liver tissue were used to simulate small tumors. The experiments demonstrated the capability of laser optoacoustic imaging to detect and localize phantom tumors with the diameter of 2 mm at a depth of up to 60 mm within the gelatin phantoms and 3×2×0.6-mm piece of liver tissue within 80-mm chicken breast tissue. Theoretical studies on sensitivity of opto-acoustic detection at various diameters, depths of location, and absorption coefficients of small tumors were performed using the experimental data. Our results suggest that the opto-acoustic imaging may occupy a significant niche in early detection of cancer in the breast and other organs     

铝板表面裂纹的激光超声检测与信号处理研究

为实现铝板表面裂纹缺陷检测,基于 COMSOL 建立铝板表面裂纹缺陷模型,分析了激光超声与缺陷的相互作用。 针对 激光超声在材料内部传播反射信号弱、信噪比较差的问题,提出了信号多次平均结合相邻三点信号差分处理方法。 利用激光超 声可视化检测系统对 5 mm 厚铝板表面 3 个裂缝进行检测,采用信号多次平均提高信噪比并增强最大振幅图中的损伤回波;提 取目标区域内各扫描点信号峰峰值重构三维最大振幅图,通过相邻三点信号差分处理方法对水平、垂直方向上的超声信号进行 处理,提供了更好的缺陷可见性。 结果表明,表面波(R)与深度 1 mm 以内的表面缺陷存在明显的相互作用;激光超声可视化检 测技术可快速检出铝板表面的裂纹且能够三维显示位置及大小,采用的多次平均及相邻三点信号差分处理方法能准确表征 0. 5 mm 以上的缺陷,这将在工业无损检测及评估中有极其广泛的应用价值。