太赫兹技术在航空复合材料检测中的应用.ppt

1、太赫兹技术在航空复合材料检测中的应用目录目录应用案例设备参数总结1243 3原理介绍5问题讨论原理介绍原理介绍-名词解释名词解释太赫兹波（T-Hz）通常是指频率在0.1-10THz之间的电磁辐射，波长3 mm30um；其波段在微波和红外之间。原理介绍原理介绍-优势优势较低的光子能量：不容易破坏被检测物质；较高的穿透能力：衣服、纸张、纸板、塑料、陶瓷、复合材料等；没有电离特性：不会对材料和人体造成伤害。原理介绍原理介绍-历史历史早期都采用脉冲THz源：飞秒脉冲激光器（光电子技术）：技术难度大；能量低，穿透有限；2002年连续太赫兹波成像技术：实时性不够，耗时太长功率较低调试繁琐原理介绍原理介绍-

2、SynView调频连续波：FMCW（frequency modulated continuous wave）发射器和接收器是GaAs砷化镓肖特基二极管倍频器原理介绍原理介绍-工作原理工作原理FMCW技术：比较发射波长和反射波长，两个波长差异越大，则距离越大，因此可以测量距离：TX和RX频率差异与距离是成比例的；信号强度是和折射率成比例的目标调频源(Tx)接收器(Rx)8原理介绍原理介绍-技术优势技术优势9原理介绍原理介绍-技术优势技术优势与光电THz对比：更高动态范围（可以得到更好的图像效果，可以检测更小的反射）；具有更快的成像速度；光电系统可以得到更高的频率，从而得到更高的分辨率；更多材料（

3、例如玻璃纤维）对300GHz以上吸收，更高分辨率无法检测工件内部。10原理介绍原理介绍-技术优势技术优势与BWO管相比：BWO管同样也是电子源，可激励连续波，但一次只能激励一个频率，该频率可以通过电压和磁场来调制，但调频速度很慢；同样也无法使发射和接收同步；SynView使用调频连续波技术，可以在几十个GHz范围内扫频，类似发射毫米波脉冲，与Thz-TDs的工作模式是一样的；使用FMCW技术可以精确测量距离（时间差）和高质量的反射信号，使目标体可以逐层测量和观察，类似医院的CT；同时可以创建3D图像；同时SynView可以获得较低噪声的外差检波，具有70dB的动态范围，这也是BWO无法实现的。

4、原理介绍原理介绍-成像成像成像是基于检测回波信号 幅值，相位和反射距离需要足够大的目标反射体，同时THz折射率差异大11原理介绍原理介绍-成像成像12全3D信息，尤其是复合材料（可以观察到内部结构）；灵活设置；拥有五项专利；卓越的成像质量。应用领域应用领域无损检测评估；测量涂层厚度；新材料（复合材料）研究；食品检测；安检。13穿透深度大穿透深度大Polyethtylen(PE)聚乙烯Teflon 特氟纶Paper纸某些陶瓷TPX Polymethylpentene(PMP)聚甲基戊烯Plastic foams塑料泡沫Wax蜡应用案例应用案例-THz对材料的穿透率对材料的穿透率14穿透深度小穿透

5、深度小PVCGlassfiber-Epoxy环氧玻璃纤维Polystyrol苯乙烯某些陶瓷巧克力不能穿透不能穿透金属水Carbon-fiber-Epoxy碳纤维环氧某些陶瓷THz不能检测导体材料；不能检测导体材料；不能检测碳纤维材料内部；不能检测碳纤维材料内部；不能检测某些食品（例如面包水分太大），巧克力可以不能检测某些食品（例如面包水分太大），巧克力可以可以观察内部缺陷例如裂纹、孔洞等，可以观察100um胶层15应用案例应用案例-复合材料复合材料全3D信息测量技术可以进行更广泛的数据分析，可以观察任何层，例如测试某一胶层。16应用案例应用案例-复合材料复合材料应用案例应用案例-环氧纤维复合材

6、料环氧纤维复合材料对比空气耦合技术，THz可以测量反射体深度可以看出分层深度。1755 cm5 cm 照片 太赫兹成像 空气耦合成像 该技术可以测量工件底层右图显示工件的底层是由两块组成，两块之间的胶层可以明显看出（深蓝色线）18应用案例应用案例-环氧纤维复合材料环氧纤维复合材料应用案例应用案例-陶瓷结构陶瓷结构19很多陶瓷对THz来透明的，但是有些陶瓷有传导性，对THz十分不透明。应用案例应用案例-表面断层成像表面断层成像 粗糙表面表面断层测量可以达到10-20 m 分辨率，精确评估表面质量20Height(m)应用案例应用案例-评估涂层厚度评估涂层厚度可以测量涂层厚度和表面质量，实现在线控

7、制涂层21应用案例应用案例-粗糙表面缺陷粗糙表面缺陷 220.2 0.5 1.0Width mmDiameter mm0.2 0.5 1.0 Depth mm0.2 0.5 1.0 Depth mm0.2 0.5 1.0如果金属表面有涂层和覆盖，则可以使用THz检测金属表面最小最小半波长的点状半波长的点状缺陷；可以检测浅的沟槽类似刮痕（宽度小，但是长度有几毫米）应用案例应用案例-石墨画在石膏遮挡下检测石墨画在石膏遮挡下检测可以用于评估绘画朱砂石墨应用案例应用案例-在泡沫下方的在泡沫下方的CFRP表面表面可以在保护涂层、泡沫等覆层存在的情况下测量表面质量24应用案例应用案例-复合材料复合材料-M

8、ATRIX125正面反面正面检测应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX126正面反面反面检测应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX127应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX228正面检测正面反面应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX229反面检测正面反面应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX330正面检测正面反面应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX331反面检测正面反面应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX432正面检测正面反面应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX433反面检测正面反面应用案例应用案例-复合材

9、料复合材料-MATRIX534正面反面只有近表面能够检测（2cm以内）应用案例应用案例-复合材料复合材料-MATRIX635只有近表面缺陷能够检测应用案例应用案例-安检系统安检系统36应用案例应用案例-安检系统安检系统37650 x 350 x 120 mm3 需要15 分钟检测完成x m m y mm2 4 02 6 02 8 03 0 03 2 03 4 06 08 01 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 0 x m m y mm2 4 02 5 02 6 02 7 02 8 02 9 03 0 03 1 03 2 02 6 02 7 02 8 02 9 03

10、 0 03 1 03 2 03 3 03 4 03 5 03 6 0 x mmy mm6080100120140160180200220220240260280300320340 x m m y mm4 4 04 6 04 8 05 0 05 2 05 4 05 6 06 08 01 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 0 x m m y mm3 8 53 9 03 9 54 0 04 0 54 1 04 1 54 2 04 2 54 3 05 06 07 08 09 01 0 01 1 01 2 01 3 01 4 0Max Reflectivity 460480

11、50052054056058060050100150200-30-25-20-15-10-50Height Layers 10020030040050060050100150200250-3-2-10123Max Reflectiv ity 46048050052054056058060050100150200-30-25-20-15-10-50Height Layers 10020030040050060050100150200250-3-2-10123Reflection tomography signal:*)at individually optimized heights设备参数设备参数-发射头发射头设备参数设备参数-系统参数系统参数SynViewCompact总结总结太赫兹技术可以穿透聚乙烯（PE）、特氟纶、纸、聚甲基戊烯（PMP）、塑料泡沫、蜡、PVC、环氧玻璃纤维、苯乙烯、巧克力、某些陶瓷等；可以用于复合材料无损检测、涂层厚度测量、安检等领域；金属、碳纤维材料等传导材料无法检测；但可以测量传导材料表面状况。问题讨论问题讨论讨论讨论