4种三维打印材料的太赫兹光谱特性检测与分析

对常用的4种三维(3D)打印材料进行了太赫兹光谱检测与分析。实验结果表明:4种3D打印材料在0.20～2.60 THz范围内差异明显,其中3D打印聚碳酸酯材料对太赫兹光的透过率最高;4种材料的折射率在1.45～1.65之间,光敏树脂的折射率最大,在1.62左右;4种材料的介电常数实部在2.20～2.75之间,虚部在0.05～0.35之间;从吸收谱上看,4种材料都没有吸收峰并且吸收较小。该研究为利用3D打印材料制作太赫兹器件的材料选取提供了重要的参考。     

基于 3D 打印的THz 波导成型技术研究进展

本文首先介绍了太赫兹波导和3D 打印技术的发展现状。3D 打印作为一项新兴的技术,以数字模型文件为基础, 运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方法构造实体,打破了传统THz 波导技术的局限性。本文介绍的3D 打印THz 波导利用聚合树脂作为打印材料,打印完成的THz 波导在其传输通路上镀500nm 的金,金的厚度足以支持THz 传播。利用这种方法可以打印出直波导、三维弯曲面、三维Y 劈和U 型波导等多种结构。3D 打印THz 波导除传输损耗 略高外,其传输模式及其特性与传统的金属波导基本一致,这种额外的传输损耗归咎于商业3D 打印机的精度。     

FDTD 结合支持向量机反演各向异性材料电磁参数

本文首先介绍了太赫兹波导和3D打印技术的发展现状。3D打印作为一项新兴的技术,以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方法构造实体,打破了传统THz波导技术的局限性。本文介绍的3D打印THz波导利用聚合树脂作为打印材料,打印完成的THz波导在其传输通路上镀500nm的金,金的厚度足以支持THz传播。利用这种方法可以打印出直波导、三维弯曲面、三维Y劈和U型波导等多种结构。3D打印THz波导除传输损耗略高外,其传输模式及其特性与传统的金属波导基本一致,这种额外的传输损耗归咎于商业3D打印机的精度。     

基于STM32的木塑颗粒3D打印机系统设计

随着3D打印技术的快速发展,木塑材料已成为新型打印材料。因此设计一款基于STM32的木塑颗粒3D打印机系统。该系统以STM32单片机为控制核心,控制螺杆挤出、挤出温度、底板加热温度以及步进电机运动等实现3D打印。实验结果表明,采用螺杆挤出的设计思路,保留FDM打印机的三维运动机构,木塑颗粒3D打印机能够大幅度地提高打印效率;而且使用木塑颗粒材料降低了打印材料成本,也拓展了木塑材料在增材制造技术的应用范围。     

太赫兹3D打印透镜综述

太赫兹波由于其独特的电磁特性可应用于超高速率无线通信、生物化学物质检测以及高分辨率成像等领域。但由于太赫兹波的物理波长小,传统适用于低频的加工工艺难以满足其加工精度的要求;而微纳米加工工艺又具有加工复杂、成本高等缺点。3D打印技术的发展为太赫兹器件的加工提供了新的选择和更多的设计灵活度。文章介绍了香港城市大学太赫兹与毫米波国家重点实验室在3D打印太赫兹透镜方面的最新研究动态和实验研究新成果,包括基于3D打印的太赫兹高增益圆极化透镜、近场聚焦圆极化透镜、贝塞尔波束生成透镜的设计,高精度3D打印方法的探索以及太赫兹天线测试方法等。太赫兹3D打印透镜天线具有低成本、低损耗、能快速成型等特点,可应用于不同的太赫兹场景中。     

基于ARM的桌面型3D打印机控制系统的设计与优化

在分析传统3D打印机结构组成和工作原理的基础上,选用ARM Cortex-M3内核 LPC1768为微控制器,采用熔融沉积造型技术（FDM）,针对传统采用单路固定数据传输导致打印速度过慢的问题,给出基于频分多路复用的速度提升法,采用对偶分析法对打印效率与速度进行量化评估,根据频率的不同对各路打印请求信息进行多路传送。通过仿真并搭建测试平台,最后,对设计的3D打印机进行性能测试,验证该桌面型3D打印机控制系统设计的可行性与有效性。     

小型化智能3D打印机设计

3D打印是一种新型的技术,与传统的去除材料加工技术不同,3D打印技术是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术;无需机械加工或模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体,使得许多精密的模型都能够实现,为了让其能够普及,让更多的人能够使用这种技术,有必要利用信息技术来改进3D打印机使其更加智能化、简单化、实用化。文章主要研究通过以AVR单片机的Arduino ATMega2560作为硬件核心并支持上位机或者solidworks等制图软件的小型智能化3D打印机设计,通过制图软件设计模型、输入设备设定参数、从单片机或存储卡读取数据、并由单片机控制打印机打印、通过显示屏显示。     

用蜡质耗材进行3D打印的创意与实测

目前桌面级3D打印机能够使用的耗材通常只有PLA或ABS（FDM类型）、光敏树脂（SLA类型）,而要想实现金属材料的3D打印,在家庭条件下几乎是不可能的。对于金属材料3D打印,目前使用最多的技术是SLS（选择性激光烧结）,其设备尺寸和造价不是一般人能够承受得起的。 而我们可以通过—种变通的方式实现金属材质的3D打印——打印蜡模后,再用失蜡铸造法得到金属材质的成品。下面介绍我如何使用一台普通的家用级桌面3D打印机（国产FDM类型,售价不超过5000元）实现此过程的。     

基于全局搜索PID算法的FDM环保艺术产品3D打印控制

基于FDM型的3D打印技术不仅让设计师的各种创意得以实现,更能够促进低碳保护,但其精度及表面质量无法满足艺术相关产品的外观需求。因此,设计一种基于全局搜索PID算法的FDM型3D打印温度控制方法。该方法选用无毒环保的PLA材料,并通过全局随机搜索策略对PID参数进行实时校正,实现对3D打印后处理装置中加热温度的控制,从而获得更好的产品表面成型效果。采用FPGA进行仿真控制测试,结果表明,相比于传统PID控制器,提出方法具有较好的鲁棒性和控制精度,兼顾了FDM型3D打印的美感性和环保性。     

太赫兹时域光谱技术检测复合材料与金属的脱粘缺陷

基于太赫兹时域光谱技术,提出应用太赫兹脉冲成像技术检测胶接结构中的脱粘缺陷,研究泡沫材料PMI与钢板胶接结构脱粘缺陷的检测。实验采用反射模式,分别对粘合部分与脱粘部分进行数据测试,对比分析发现数据在时域和频域范围均有明显区别。对待测样品进行二维扫描,应用太赫兹时域信号的时间位置幅值、最大值、延迟时间和频域信号不同频点的幅值、所有频点幅值叠加值对待测样品进行成像。研究结果表明基于太赫兹时域光谱技术的太赫兹脉冲成像技术能够检测出泡沫材料PMI与钢板胶接结构的脱粘缺陷;应用太赫兹时域信号的时间位置幅值、最大值、延迟时间和频域信号不同频点的幅值、所有频点幅值叠加值进行成像的结果,均可以分辨出样品的脱粘缺陷;不同的数据信息的成像效果不同。     

太赫兹ISAR成像系统误差校正算法

针对非线性系统误差对太赫兹雷达成像质量的影响,提出一种最小熵系统误差校正算法。在实测的太赫兹逆合成孔径雷达成像实验中,非线性误差会对回波相位产生影响,从而使得脉压后的距离像能量分散,进而降低成像质量。经过对误差形式的理论分析,建立一维距离像的相位误差补偿模型,并基于最小熵的优化准则迭代校正此系统误差。实验结果表明,与基于参考点目标的方法相比,所提方法自适应性更强,且具有更好的校正效果。     

Optical FDM transmission technique

This paper surveys the present state of optical frequency-division multiplexing (optical FDM) technologies. Utilizing a broad optical frequency bandwidth up to several hundred terahertz, optical FDM is expected to find applications in large-capacity trunking and local distribution networks. The present state of the related technologies and the future prospects for these applications are discussed.     

基于Tchebichef图像矩的氧化锌太赫兹光谱定量研究

为了提高多组分混合物太赫兹光谱定量分析的准确性和稳定性, 将Tchebichef图像矩结合偏最小二乘回归(PLS)的建模方法引入到太赫兹光谱定量分析中, 以橡胶添加剂氧化锌、白炭黑与丁腈橡胶的混合物为实验样本, 对混合物中的氧化锌进行定量分析。获取样本太赫兹吸光度数据后, 用3维光谱自构建方法构建样本的3维光谱, 利用Tchebichef图像矩提取样本3维光谱灰度图的特征信息, 然后用PLS建立定量模型对氧化锌进行定量分析。结果表明, 由本方法得到的样本预测集相关系数和均方根误差分别为0.9993和0.0351, 与用PLS和支持向量回归直接对吸光度数据进行建模的方法相比, 结果更加准确和稳定。本方法能够对混合物中氧化锌进行准确、稳定的定量分析, 为多组分混合物太赫兹光谱定量分析提供了新思路。     

Error analysis of polyamide plate thickness detection based on Terahertz Time Domain System

The analysis on the thickness of polyamide plate using Terahertz Time Domain System (THz-TDS) in reflection mode is carried out. The refractive index, one of the optical parameters in terahertz band, is solved through the mathematics model, and its value is 1.88. A kind of polyamide plate sample with four kinds of thickness is designed and the ability of THz-based method to detect defects or foreign bodies in fiber glass is verified by attaching metal plates to the back of fiberglass. By the comparison of traditional method and THz method, the terahertz method has a measurement error between 2.5% and 10%. As the thickness increases, the error tends to increase. The reason about the deviations is analyzed, as well as the systematic factors affecting the thickness measurement accuracy, in order to improve the accuracy of THz thickness measurement system and provide theoretical basis for designing terahertz thickness measurement system in the future.     

基于肖特基二极管的太赫兹二倍频器设计

固态倍频器是太赫兹源应用中的关键器件,如何利用非线性器件提高太赫兹倍频器件的效率是设计太赫兹固态电路的关键。本文介绍了利用肖特基二极管非线性特性设计固态太赫兹二倍频器的2种方法,即采用直接阻抗匹配和传输模式匹配设计了2种不同拓扑结构的170 GHz二倍频器,针对设计的结构模型,分别进行三维有限元电磁仿真和非线性谐波平衡仿真。仿真结果表明,在17 dBm输入功率的驱动下,倍频器在160 GHz~180 GHz输出频率范围内,倍频效率在15%左右,输出功率大于7 mW。最后对2种方法设计的倍频器结构进行了简单对比和分析,为今后太赫兹倍频研究和设计提供仿真方法。     

基于梯度阈值的太赫兹时域信号自适应稀疏算法

胶接结构广泛应用于航空航天等国防领域,但在工艺制作及使用过程可能会产生胶接界面脱粘缺陷和损伤,由于太赫兹无损检测技术对非金属材料良好的穿透性能,已被广泛应用于复合材料的无损检测中,太赫兹无损检测技术在多层胶接结构样件胶层内部缺陷的无损检测方面具有较大优势。利用反射式太赫兹时域光谱系统检测多层胶接结构样件,得到的具有样件内部材料信息的太赫兹时域信号,但信号中还包含了大量的冗余特征和噪声等无效信息,这些无效信息大大降低了信号处理和分析效率。针对这一问题,文中提出了基于二阶梯度法提取太赫兹时域信号有效特征,以飞行时间误差为限制条件基于信号的时域特征自适应确定阈值,稀疏太赫兹时域信号,减少信号中冗余无效信息,实现太赫兹时域信号的有效压缩。然后,通过二值化图像分割识别多高斯恢复信号和太赫兹时域光谱系统检测信号的太赫兹图像缺陷区域。最后,制备具有脱粘缺陷的多层胶接结构样件,开展太赫兹无损检测实验。结果表明：文中算法的数据压缩率达到了81%,相比传统压缩算法离散余弦变换提高了59%,相比主成分分析算法提高了75%,相比K-SVD字典学习算法提高了26%,缩短了约80%的数据计算时间,减小了约95%数...     

直升机平台振动对太赫兹SAR成像的影响分析

太赫兹合成孔径雷达(SAR)能够克服传统机载SAR成像帧率低,慢动目标检测困难等问题。然而相比传统微波波段的SAR,由于载波的波长极短,太赫兹SAR对平台高频振动误差更为敏感。对于适合应用太赫兹SAR系统的直升机平台而言,其振动也明显强于传统的固定翼载机平台,平台振动引起的相位误差将严重影响成像效果。为克服平台振动对太赫兹SAR的影响,采用数值仿真方法,结合直升机平台的振动特性,较为全面地仿真分析了振动谱宽、振动幅度、谐振分量等因素对太赫兹SAR成像质量的影响,得出了平台振动参数与成像系统参数之间的约束条件。     

基于太赫兹反射谱提取光学参数不确定度分析

利用太赫兹光谱技术计算物质的光学参数已成为各领域的研究重点。由于太赫兹系统以及算法提取过程依然存在缺陷,无法实现对物质光学参数的精确测量。为提高光学参数的测量准确度,对反射式太赫兹时域光谱系统进行全面的不确定度分析。首先分析了基于太赫兹反射时域光谱提取光学参数、折射率和消光系数的7种误差来源,并分别建立了折射率和消光系数的不确定度模型;然后,以葡萄糖多晶薄片样品为例,计算其在0.2~2.0 THz频段的折射率和消光系数的各种误差因素占综合不确定度的比例,总结误差因素对不确定度的贡献。其中,样品厚度测量的随机误差对折射率的影响最大,占总误差的80%;传递函数误差对消光系数的影响最大,占总误差的99%。最后,对减小折射率和消光系数的不确定度提出了建议,如采用自参考方法提取光学参数,采用智能优化算法对样品厚度和光学参数进行优化,修正Fabry-Perot效应等。