太赫兹成像技术的应用研究

太赫兹辐射(THz)是指频率范围在0.1～10 THz的电磁波,波段位于毫米波与红外波段之间,其应用主要集中在太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术两方面,其中太赫兹成像技术在实际应用中更加广泛.介绍了太赫兹辐射及其性质,简述了太赫兹成像技术及其发展过程.分析了太赫兹成像技术在安全检查、癌症检测和无损检测等领域的发展过程,结果表明使用太赫兹成像技术可以对违禁药物和危险隐藏物等进行安全检查,对人体癌变组织进行成像检测,以及对航空航天材料中的缺陷进行无损检测.随着太赫兹成像技术的不断发展,其在安检、医疗和无损检测等领域有着重要的应用前景和研究价值.     

基于光照估计滤波的太赫兹图像融合研究

碳纤维增强复合材料广泛应用于航空航天等军民领域，在制备和使用过程中往往存在诸多缺陷，太赫兹时域光谱成像技术为碳纤维增强复合材料无损检测提供了新方法。在使用太赫兹无损检测技术时，可以通过在时域或频域中选择不同的参数来获取图像，同样的缺陷需要时域和频域不同的参数才可以有效检测出来。采用基于光照估计滤波的算法将不同参数的太赫兹图像进行融合。首先，通过光照估计滤波分辨初始图像序列中像素的曝光情况。然后隶属函数调用这些初始估计值。最终输出的融合图像是通过隶属函数分配的权重在所有像素之间加权平均得到。实验结果表明，所提出的方法对图像边界信息和细节信息都处理得比较好，适用于太赫兹多波段图像融合，具有更好的视觉效果。     

光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术

主要对基于光电导天线的典型光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术及典型光纤耦合太赫兹时域光谱系统进行了介绍.光电导天线是太赫兹时域脉冲信号产生和探测的关键部件,目前基于光电导天线的光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术主要有3种,分别为等效时间采样法、异步采样法和腔长调谐光学采样法.对3种不同采样方法的技术原理进行了分析,并对基于不同采样原理的光纤耦合太赫兹时域光谱系统结构进行了介绍,给出了基于不同采样原理的光纤耦合太赫兹时域光谱系统典型产品说明和关键技术指标,说明了基于不同采样方法的系统特点.可为不同的应用需求提供技术参考,为自主搭建基于不同采样技术的光线耦合太赫兹时域光谱系统提供技术支持.     

基于太赫兹时域光谱技术的煤岩界面识别

为了研究基于太赫兹时域光谱的煤岩界面识别可行性,首先应用太赫兹时域光谱技术,以气煤和砂岩粉末压片作为实验样本进行了相关实验,得到了太赫兹脉冲穿过不同样本时所产生的时间延迟和衰减幅度。然后采用Hilbert-Huang变换对煤岩样的太赫兹光谱进行了时频域分析,并与由传统快速傅里叶变换方法获得的样品频谱进行了对比,结果表明,在时频域内太赫兹光谱信号具有更高的分辨率,可以更好、更直观地分析太赫兹脉冲在任意时刻的频率、能量成分,研究任意频率在不同时刻对吸收谱线的作用。最后介绍了基于太赫兹时域光谱技术的煤岩界面识别过程,通过实验验证了采用Hilbert谱和边际谱提取出的光谱特征值可以很好地区分煤岩介质。     

太赫兹技术应用进展

近年来太赫兹技术的高速发展为太赫兹技术应用提供了基础。太赫兹以其高频率高穿透性以及低光子能量等优势,在多个领域受到了重点关注,并在多个具体的应用方向上实现了初步的探索。着重讨论用于高速率高带宽通信的太赫兹无线通信技术、用于生物化学物质检测研究以及用于医学领域的太赫兹光谱成像技术、用于无损探测系统的光谱成像以及谱分析技术、用于安全检查领域的太赫兹人体成像技术等太赫兹技术应用领域的进展,并对应用中存在的挑战进行了简要总结。     

太赫兹科学技术的综述

太赫兹技术是一项极其重要的技术,其电磁波段的开发和利用具有重大的科学意义和潜在的应用价值.本文综述了太赫兹技术的研究和发展,介绍了太赫兹波的独特性质,太赫兹产生和检测的方法,概述了太赫兹技术在生物医学、反恐安检、无损探测、天文大气以及无线通信等领域的应用和进展.     

基于流形学习和支持向量机的太赫兹谱分类

太赫兹时域光谱技术是一门新兴光谱检测技术,广泛应用于安检及反恐、生物医学和食品质量检测等方面。太赫兹谱的分类识别技术是太赫兹光谱检测技术的一个重要环节。由于受到噪声的影响,太赫兹谱可能在高维空间中成复杂的非线性分布,传统的分类方法难以取得理想的分类效果。流形学习和支持向量机都是当前机器学习领域的研究热点,都采取了核方法来解决非线性问题,正因为两者之间有很多共通之处,将这两种方法充分结合提出了一种称之为ISOMAP-SVM的新算法。这种新算法拥有比传统的支持向量机算法更快的训练速度和更好的分类效果。实验结果表明利用新算法可以实现对不同种类药品的识别,为太赫兹光谱技术用于药品的检测和识别提供了一种新的有效方法。     

空间欠采样太赫兹时域光谱成像方法

文章针对传统太赫兹时域光谱成像技术存在的扫描时间长以及数据存储量大等问题,提出了一种基于压缩感知理论的空间欠采样太赫兹时域光谱成像方法。首先通过扫描电机获得目标非等间隔欠采样信号,然后利用压缩感知方法来重构缺失像素点的太赫兹信息。实验结果显示,当压缩比为0.5时,所重构的太赫兹信号与全采样条件下的信号相关性可达99.95%。通过对压缩重建图像的显示分析,时域图像中的缓变区域和频谱成像中的低频信号恢复效果较好。该方法为快速太赫兹光谱成像提供了一种有效的技术手段。     

薄厚度有机防护涂层的太赫兹无损检测与多元回归分析

传统太赫兹检测数据处理方法中,介质层最小检测厚度受限于太赫兹在介质中的脉冲相干长度的一半.采用引入粒子群优化的多元回归分析方法来提高太赫兹检测有机防护涂层厚度分辨率.分别以太赫兹原始检测信号、傅里叶反卷积得到的脉冲响应函数、信号经平稳小波变换分解的细节系数为对象,提取不同特征参数建立相应的多元回归模型,并引入粒子群算法进行优化,最后用相应模型预测薄厚度涂层.预测分析结果表明:采用本文方法对太赫兹检测信号的平稳小波变换细节系数进行分析,能够有效提高太赫兹脉冲对薄厚度涂层的检测精度,有利于涂层涂装生产中的质量监控.     

吡虫啉和代森锰锌的太赫兹光谱研究

为了解吡虫啉和代森锰锌两种农药在太赫兹波段的光谱特性,采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术测量了室温下吡虫啉和代森锰锌在0.2-2.0 THz的高分辨率吸收谱和折射率谱.结果表明两种农药样品在此波段都有明显的特征吸收峰,且吸收谱存在显著差异.两种样品的平均折射率分别为1.65和1.32,随着频率的增加,吡虫啉的折射率增大,而代森锰锌的折射率减少.太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术可以鉴别不同种的农药分子,这对进一步利用该技术检测农药残留有重要的意义.     

自动化仪器钢结构无损检测方法研究

为了提高钢结构的无损检测能力,提出基于超声波射线波束集成的自动化仪器钢结构无损检测方法,采用频率20 kHz以上的超声波进行自动化仪器钢结构的静态密度和介质密度分析,根据钢结构的声扰动传播速度进行钢结构的裂缝纹理特征分析,计算钢结构的声阻抗率与介质特征阻抗等参数,当超声波以一定的倾斜角入射到自动化仪器钢结构的介质表面产生反射横波或纵波时,通过折射纵波和折射横波的分离特性进行自适应的超声波束集成处理,实现自动化仪器钢结构的无损检测优化。仿真结果表明,采用该方法进行自动化仪器钢结构损伤检测的准确性较高,定位精度较高,无损检测能力较好。     

基于小波变换的太赫兹图像识别

太赫兹（THz）波对很多物质都有成像功能,可以侦测物质的化学性质,进行物质的识别。其成像技术在反恐、医学成像、无损探伤等方面显示出了巨大的应用前景。采用小波变换和图像的灰度直方图匹配技术对葵花籽的太赫兹信号数据进行分析实验,提出了一种识别被测物质的方法,在此方面进行了探索尝试,结果表明此方法可以对葵花籽仁、葵花籽皮和其他区域的太赫兹信号数据进行准确地分类,实现利用计算机自动识别物质的功能,这将有利于进一步进行太赫兹技术在物质鉴别方面的应用研究。     

基于频域滤波的THz图像条纹噪声处理

太赫兹在安全检查、医疗诊断、特别是在无损检测领域等方面都有广阔的应用前景,在利用0.2 THz连续CW系统检测航天所用的燃料箱泡沫板隔离层的粘合效果研究中,条纹噪声严重影响了图像的效果。针对这个问题,分析了条纹噪声的特征,提出了一种基于图像幅度谱的投影图自动确定噪声频率的算法,利用ButterWorth带阻滤波器对THz图像中条纹噪声进行处理,在滤除噪声的同时较好地保留了图像的细节信息。     

碳纤维增强复合材料脉冲涡流无损检测仿真与实验研究

采用有限元仿真软件对脉冲涡流矩形传感器两种放置方式进行了建模与仿真分析,综合比较水平与竖直放置两种方式的检测效果,相同尺寸的矩形传感器水平放置检测时,长宽比越大,检测效果越好。采用水平放置方式下的矩形探头对碳纤维增强复合材料进行了电导率分布与缺陷检测实验,实验证实脉冲涡流矩形传感器能够有效检测碳纤维增强复合材料的电导率分布与缺陷。     

基于ZYNQ的涡流无损检测系统的设计

涡流无损检测技术是以电磁理论为基础的非接触式的检测技术,具有结构简单、不受介质影响、抗干扰能力强等优点;根据涡流检测原理设计了一种基于Zynq—7020平台的可变频的检测系统;Zynq—7020为片上系统,该平台既能发挥FPGA并行运算的优势,同时具备了处理系统的灵活性,能够实现对数据的高速采集和实时处理;通过上位机可以改变激励信号的频率,适应不同厚度金属的检测;该系统从数字信号处理角度实现阻抗分解,能够显著地提取缺陷信号;并通过实验验证了系统的可行性,实验结果表明该系统可以检测0.2 mm大小的缺陷.     

基于水膜耦合导波传感器的复合材料检测研究

复合材料因其具有各种优异性能而被广泛应用于航空航天领域,同时对其检测方法也提出了更高的要求。提出了基于水膜耦合导波传感器检测方法,通过理论计算与时频分析确定了水膜耦合导波传感器耦合材料、角度和频率的选择;采用SolidWorks三维建模软件完成了水膜耦合导波传感器的结构设计并加工成型;最后搭建了检测实验平台,在复合材料板上完成了水膜耦合导波传感器的测试。该方法可以有效解决检测的耦合剂使用问题,为自动化检测提供了技术支持。     

非金属管道的微波无损检测技术综述

非金属(如玻璃钢、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等)管道因具有成本低、耐腐蚀性能强等优点，近年来在石油、化工、排水、核电、燃气输送等领域逐渐代替了金属管道。但是其在制造和使用过程中会不可避免地出现缺陷和损伤，因此及时有效地检测材料结构显得至关重要。与其他常规管道检测技术相比，微波技术具有无损、不需要耦合剂、低功耗、非接触、易于操作、无电离辐射等优势，可用于评估结构缺陷、损伤、材料电磁性能等，在评估管道结构完整性方面效果良好。介绍了微波检测技术的发展历程，总结了典型检测方法及应用，特别是近10年来在非金属管道缺陷检测方面的研究进展，最后，分析了现有微波检测非金属管道存在的问题，探讨了未来非金属管道检测技术的发展趋势。     

基于隧道磁电阻传感器的脉冲涡流无损检测

目前航空工业多采用铝合金部件,由于航空工业的量轻化等需求导致对铝合金件强度保持有较高的要求,因此对结构材料缺陷的检测尤为重要。为此文章设计了一种基于隧道磁电阻(Tunnel magnetoresistance, TMR)传感器的脉冲涡流无损检测系统方案,对铝合金缺陷参数与被测信号波形的关系进行了研究。首先使用有限元仿真软件COMSOL建模并获取仿真实验数据,证明了脉冲涡流无损检测应用于铝合金材料的可行性;其次,应用仿真结果指导探头设计,进而设计出检测系统,采取实物实验结果与仿真建模分析结果进行对比的方法,实验验证了检测系统的准确性、可靠性和在工程应用中的可行性;最后分析和讨论了缺陷宽度和缺陷深度的无损检测结果。为TMR传感器工程应用确立了实验基础。     

高清晰超声微扫描成像无损检测系统

设计了一种高清晰焊缝超声成像无损检测方法及检测系统。该系统基于超声无损检测原理和超分辨率图像处理方法,采用水浸聚焦探头对焊缝进行逐点扫描,对每一点的超声反射回波信号进行采样,组成焊缝截面的超声扫描图像,在通过微扫描成像技术获取多帧关于同一场景的互有位移的降质图像后,重建高分辨率高质量图像。设计的检测系统除了具有常规的扫描超声成像功能外,还具有超分辨率成像功能,可突破现有超声成像设备的分辨率限制,大大提高超声成像设备对焊缝中细微缺陷的识别能力,适合于一些需大规模、高质量生产的质量控制单位或制造领域的汽车、造船、集装箱等重要行业使用。