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。     

多层胶接结构胶层均匀性的太赫兹时域表征方法

多层胶接结构广泛应用于航空航天领域中,其粘接强度是保障工程安全的关键因素。采用飞行时间、能量、幅值等不同的太赫兹时域光谱参数表征多层胶接结构胶层的均匀性,进而评价多层胶接结构材料的胶接质量。采用太赫兹时域光谱飞行时间成像法对胶层区域的均匀性进行定性分析,通过计算获得4块实验样件的飞行时间相对标准差分别为8.78%、8.09%、7.30%和9.57%,实现了胶层均匀性的定量评价;利用太赫兹时域光谱能量积分信息,分别采用能量积分曲线的峰度和偏度定性分析胶层均匀性,通过计算获得4块实验样件能量标准偏差分别为0.95、0.9、0.71和1.01,实现了胶层均匀性的定量评价;此外,根据太赫兹时域光谱的幅值特征信息,以幅值离散系数定量地表征胶层均匀性。研究结果表明:太赫兹时域光谱的飞行时间、能量积分及幅值3种特征参数均能够实现多层胶接结构胶层均匀性的定量评价,该方法能够为多层胶接结构粘接强度的评估提供可靠的手段。     

基于太赫兹时域光谱技术的橡胶材料无损检测

针对橡胶材料与金属板粘接样件厚度及粘接质量,采用反射式太赫兹时域光谱(THz- TDS)系统对其进行无损检测。通过对检测数据中各点时域波形飞行时间信息的分析,得到样件橡胶部分的二维厚度分布图,实现了橡胶样件厚度分布的可视化成像;通过对检测数据中特征点波形及B-Scan图像的综合分析,判断出样件的分层缺陷。该研究结果为橡胶材料厚度及分层缺陷的无损检测提供了有效的解决办法。     

纤维增强复合材料太赫兹成像无损检测

利用太赫兹时域光谱成像技术检测了内含缺陷的玻璃纤维与碳纤维增强复合材料,获得了材料内部缺陷的太赫兹透射图像,从而实现对复合材料样本的无损检测。实验结果表明,太赫兹透射成像技术可检测出多层玻璃纤维复合材料的层间缺陷。但该技术对于碳纤维复合材料中缺陷的检测能力有限,主要是因为碳纤维具有导电特性,导致太赫兹信号对其穿透能力有限。通过对成像模式的调节,太赫兹无损检测技术可对碳纤维材料内部深度约为0.2 mm、宽度为10 mm的缺陷进行成像检测。这为发展准确、灵敏、高效的纤维增强复合材料太赫兹无损检测技术提供了基础实验数据。     

基于太赫兹时域光谱的胶层厚度均匀性检测

太赫兹波与不同的介质相互作用,探测器在不同的时间节点检测到携带介质信息的太赫兹时域波形,分析不同时域波形峰值点的飞行时间差,分别建立了透射式和反射式太赫兹无损检测单点厚度提取模型。在柔性装配过程中,一般有机硅胶的折射率难以提取,基于单点厚度提取模型,绘制了胶层空间分布三维形貌图,并提出了采用厚度均匀性标准偏差的方法评价胶层空间分布离散性。太赫兹时域光谱技术系统分析胶层厚度的均匀性,检测精度可达100μm,对保证胶层连接强度有重要意义。     

复合材料内隐藏分层的太赫兹检测和识别

因为太赫兹技术可以克服传统无损检测技术的局限性,具有穿透普通非金属材料等优点,可被用于分析层状材料的内部结构和内层厚度。本文首先介绍了太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)在透射模式下的工作原理,然后使用Rouard等效界面理论来描述多层结构中波的传播,推导得到透射模式下太赫兹波在三层介质中的理论传输模型。通过太赫兹时域光谱系统对制备的样品进行了透射成像。结果证明样品内部聚氯乙烯(PVC)薄片的位置和形状等信息可以被探测到,从而为探测多层材料内部结构提供理论和实验依据。     

连续太赫兹成像系统对多层蜂窝样件无损检测的实验研究

太赫兹无损检测作为一种新型技术,已经成为X射 线和超声无损检测技术的有力补充。太赫兹连续波成像技术可以进行实时成像,其扫描速度 和成像质量都能满足太赫兹无损检测的要求。本文利用连续太赫兹成像系统对多层蜂窝样件 进行了检测,得到了样件不同纵深处的二维太赫兹图像。测试结果表明该系统能测试样件内 部每一层中夹杂异物的位置、分布情况及轮廓,并能对异物的基本属性做出判断。本研究为 太赫兹连续成像系统用于航空、航天、电子等样件的无损检测提供了有借鉴意义的案例。     

基于分布式光纤传感的隔热层脱粘识别研究

基于分布式光纤传感技术提出了应用高密度应变信息识别胶接结构中的脱粘缺陷,且以隔热泡沫胶接铝合金结构作为研究对象,开展了脱粘缺陷识别方法的研究。该文利用布设在金属悬臂梁结构的光纤传感器网络及考虑光纤和隔热泡沫相对位置、应变水平及隔热泡沫脱粘面积等影响因素,对脱粘缺陷的识别效果进行了研究;利用隔热泡沫胶接铝合金悬臂板弯曲试验对结论进行了验证。研究结果表明,埋设于胶接层的分布式光纤传感器对脱粘缺陷较敏感,脱粘前后所采集的高密度应变信息有明显的差异,且应变差值曲线在脱粘部位边界存在明显的振荡现象。因此,利用埋设于胶接结构胶接层的分布式光纤传感器网络能够有效识别布设路径上的脱粘缺陷。     

隔热板的太赫兹无损检测

为了研究太赫兹无损检测技术对复合材料与金属板黏合面粘接质量的检测能力,在隔热板上制造了不同特征的人工缺陷,并使用德国SynViewScan 300连续太赫兹波成像系统对样件进行了检测。结果表明,太赫兹波能够穿透复合材料,并获得复合材料与金属板的黏合面处的2维太赫兹图像,从图像中能够清晰地分辨出不同特征的缺陷。该研究结果为检测复合材料黏合质量及脱黏状况提供了有效的办法。     

太赫兹时域光谱系统快速旋转光学延迟线设计

太赫兹时域光谱技术在无损检测领域有很好的技术优势和应用前景,提高系统的检测速度和探测频谱分辨率是当前时域光谱技术的一个重要课题,而太赫兹时域光谱系统的检测速度和延迟时间是由光学延迟线决定的。基于透射式太赫兹时域光谱系统,设计了一种新型的旋转式光学延迟线,该旋转延迟线包含24片平面反射镜,通过旋转改变光程,进而产生可变的延迟时间。对该光学延迟线建立了数学模型,并进行了工作状态下光路的仿真与实际实验验证。仿真与实验结果表明,延迟时间可达72ps,扫描频率为60Hz,最小二乘法计算得到的线性度可达99.96%。利用有限元分析(FEA)软件对该延迟线的机械结构进行了旋转状态下的受力分析和模态分析,验证了该设计在工作中的可靠性与稳定性。该设计相比现有的太赫兹时域系统中的线性延迟线,有更快的扫描速度和更长的线性延迟时间,有利于太赫兹时域光谱系统的光纤集成化。     

太赫兹光谱数据库的建立和使用

为了将太赫兹光谱分析技术应用于物质识别领域,需要建立太赫兹波段的光谱数据库,并研究合适的数据库使用方法,以鉴别未知物质。光谱获取采用自行搭建的太赫兹时域光谱测量系统,通过小波变换去除基线和噪声等干扰信息,建立起含有20种典型有机物的光谱数据库。使用该数据库识别未知物质时,分成两步:1)用径向基函数神经网络算法判断未知物质是否在数据库中;2)若在数据库中,采用基于纠错输出编码的支持向量机多类算法鉴别物质种类。测试结果表明,对库内物质识别率为96.7%,对库外物质也有较好的预测和推断能力,识别率为93.2%。提出的太赫兹光谱数据库建立和使用方法,对系统噪声等干扰因素有很好的抑制作用,可以应用到实际场合。     

用于光谱重叠峰和太赫兹波时域曲线的高斯拟合算法

为了拟合光谱重叠峰及太赫兹时域曲线,设计了一种动态增加高斯函数的高斯拟合算法.首先,利用去噪光谱数据的一阶导数粗略搜寻各高斯峰的位置,再根据高斯峰位置初始化多高斯函数.然后,将光谱数据与多高斯函数的均方差作为损失函数,用梯度下降法找到损失函数最小时的多高斯函数.最后,针对没有明显峰尖的光 谱重叠峰和存在负值的太赫兹时域...     

l0-范数约束的稀疏多径信道分数间隔双模式盲均衡算法

针对深衰落稀疏多径信道下多进制相移键控（Multiple Phase Shift Keying,MPSK）信号的盲均衡问题,提出了一种l₀-范数约束的分数间隔稀疏自适应双模式盲均衡算法.该算法借鉴传统的分数间隔双模式盲均衡算法思想,结合稀疏自适应滤波理论,首先利用l₀-范数对均衡器抽头系数进行稀疏性约束,构造出一种l₀-范数约束的分数间隔双模式最小均方误差代价函数,然后依据梯度下降法推导出盲均衡器抽头系数更新公式,并对迭代步长进行归一化和比例系数化.理论分析和仿真实验表明,与基于门限稀疏化的盲均衡算法、基于分数阶范数的盲均衡算法及分数间隔双模式盲均衡算法相比,本文所提算法在保证较快收敛速度的前提下,能有效降低剩余符号间干扰.本文设计的盲均衡算法为水声通信系统中接收方恢复出发送信号,提供了一种快速有效的方法.     

基于长短时能量均值的活动语音检测算法

为了有效抑制非平稳背景噪音对语音处理系统的严重干扰,提出了一种基于长短时能量均值的活动语音检测算法。该算法基于两个合理的假设,一个是基于语音隐含成分集的稀疏分解,不但能尽可能地深留含噪语音中的语音信息,还能在一定程度上消除非语音类噪音的干扰;另一个是对上述稀疏分解的语音进行重构,该重构信号中语音段的时域能量高于非语音段的时域能量。在上述两个假设的基础上,采用重构信号的时域能量作为音频特征,以当前帧为中心,并将与其相邻的特定数量帧的短时能量均值作为当前帧的得分值;以当前帧及其之前特定数量帧的长时能量均值怍为判决阈值,进而提出了以当前帧的短时能量均值和长时能量均值大小作为判断条件的活动语音检测算法。买验结果显示,该算法能有效地区分低信噪比（平稳噪音和忙平稳噪音）条件下的语音和非语音片段,并且其性能优于基于单Gaussian分布的似然比算法．     

短波信道下的跳频信号检测

针对复杂环境下跳频信号的检测问题,提出一种基于能量特征提取的检测算法.该算法可以准确判断信道内跳频信号的存在性.首先将接收数据投影到能量域内进行白化,抑制接收信号中存在的色噪声;然后通过能量分布特征提取信道内存在的时域连续信号,去除接收信号中存在的短时突发信号;最后利用信道化处理将接收信号分解到各个子信道,通过短时能量对消的方法来检测跳频信号的存在性.对该算法的统计特性,虚警概率和检测概率进行理论推导,并对检测流程进行了实验仿真,验证了算法有效性.     

基于数字微波GRRU系统的数据压缩算法的研究

为了提高数字微波GRRU系统的传输能力,结合GSM信号的特点,设计了一种基于ADPCM算法的压缩比为2:1的压缩算法。研究了该算法对误码的敏感度,分析了误码扩散产生的原因,并提出了解决方法。以经数字中频处理后的GSM信号为信号源,在matlab中仿真了该算法,解码后计算出的EVM指标为0.8731%,满足后续接收机的灵敏度要求。     

一种用于人体安检的三维稀疏太赫兹快速成像算法

太赫兹全息成像技术在人体安检成像、隐匿武器检测、无损检测等领域具有广阔的应用前景。该文提出了一种能够避免产生距离混叠现象的3维稀疏太赫兹快速成像体制和成像算法。该方法通过对太赫兹雷达的3维成像几何及相应回波模型的分析,利用随机稀疏频点数据来有效消除距离混叠现象;同时利用对稀疏回波数据的频谱搬移和插值来获得包含目标完整信息的3维数据,以实现对目标的3维分辨成像。通过对0.2 THz波段的仿真和实验数据的重建,验证了算法的正确性和有效性。      

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。     

QRS feature extraction using linear prediction

This communication proposes a method called linear prediction (a high performant technique in digital speech processing) for analyzing digital ECG signals. There are several significant properties indicating that ECG signals have an important feature in the residual error signal obtained after processing by Durbin's linear prediction algorithm. This communication also indicates that the prediction order need not be more than two for fast arrhythmia detection. The ECG signal classification puts an emphasis on the residual error signal. For each ECG's QRS complex, the feature for recognition is obtained from a nonlinear transformation which transforms every residual error signal to a set of three states pulse-code train relative to the original ECG signal. The pulse-code train has the advantage of easy implementation in digital hardware circuits to achieve automated ECG diagnosis. The algorithm performs very well in feature extraction in arrhythmia detection. Using this method, our studies indicate that the PVC (premature ventricular contraction) detection has at least a 92 percent sensitivity for MIT/BIH arrhythmia database.     

基于改进压缩感知的缺损光纤Bragg光栅传感信号修复方法

光纤光栅传感在实际的应用中,存在采样信号数据丢失问题,该文提出一种改进重构算法的压缩感知信号修复方法。根据缺损信号特征,选取与之匹配的观测矩阵与稀疏字典。基于压缩感知重构算法,提出匹配光纤布拉格光栅(FBG)信号特征的自适应阈值函数,同时增设阈值判决条件。分析了信号修复与传感测量精度的关系,采用重建信号的寻峰误差来验证信号的修复效果。仿真结果显示,在FBG光谱数据缺失30%的情况下,恢复信号的平均相对误差为10-6;均方根误差为0.0707,比对比算法低0.0232~0.1159;且系统平均运行时间远低于对比算法,表明采用该文算法修复缺损的FBG传感信号具有较高的重构精度与较好的实用性。