本文選題：太赫茲時(shí)域光譜 + 太赫茲成像　； 參考：《中國計(jì)量學(xué)院》2015年碩士論文

【摘要】：太赫茲(THz)輻射是指頻率在0.1~10THz的電磁波(1THz=1012Hz),THz能級(jí)低(4.1Me V),且具有高信噪比、高分辨率等特征,被用于無損檢測(cè)領(lǐng)域。復(fù)合材料是承壓特種設(shè)備常用的非金屬材料,其有效克服原材料不足的同時(shí)表面硬度及強(qiáng)度被降低,出現(xiàn)了多種金屬材料中不常見的缺陷,且很難通過傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)解決。THz光譜技術(shù)對(duì)復(fù)合材料分層、夾雜、機(jī)械損傷等都能有清晰表達(dá)。近年來,THz技術(shù)的研究逐漸增多,從更多方面嘗試對(duì)太赫茲光譜進(jìn)行分析,對(duì)成像技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用是THz光譜技術(shù)未來的發(fā)展方向。本文針對(duì)目前在承壓特種設(shè)備中常用的復(fù)合材料,結(jié)合檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和工程應(yīng)用需求,基于太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)、BWO連續(xù)太赫茲成像系統(tǒng)和調(diào)頻連續(xù)太赫茲成像系統(tǒng)對(duì)聚乙烯管道材料、碳纖維纏繞復(fù)合材料、玻璃纖維纏繞復(fù)合材料進(jìn)行研究,完成了18種不同材料及缺陷的測(cè)試,主要工作和研究點(diǎn)總結(jié)如下:(1)通過透射式THz-TDS獲得聚乙烯管道樣品中不同缺陷點(diǎn)的折射率和吸收系數(shù)。在有效波段內(nèi),不同測(cè)試點(diǎn)在折射率的變化規(guī)律,吸收峰的位置都存在差異;通過時(shí)域波形,無折射率計(jì)算樣品中分層缺陷的厚度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用于聚乙烯管道樣品的缺陷檢測(cè)并為太赫茲儀器校準(zhǔn)提供參考。(2)應(yīng)用太赫茲調(diào)頻連續(xù)層析成像對(duì)Zmax=21mm厚的聚乙烯管道樣品進(jìn)行層析成像并將成像結(jié)果進(jìn)行梯度增強(qiáng)處理以便人眼識(shí)別,結(jié)果表明不同縱深(2mm-7mm)的成像對(duì)不同缺陷的表達(dá)重點(diǎn)不同。其中?=1mm的金屬夾雜、管道內(nèi)壁機(jī)械損傷及表面損傷寬度,內(nèi)部深度Zmax=3.2mm的埋藏缺陷都可清晰檢測(cè)。最大強(qiáng)度成像和樣品側(cè)視圖互為佐證,進(jìn)一步確定樣品中各類缺陷的形狀、方位、連續(xù)情況等。(3)BWO連續(xù)成像技術(shù)被用于玻璃纖維復(fù)合材料,成像結(jié)果表明,透射式連續(xù)成像可以從背面對(duì)5mm厚的玻璃纖維表面300?C及以上的熱損傷、沖擊損傷、劃傷缺陷、?=1mm孔洞缺陷等有完整成像,且排除玻璃纖維纏繞材料中環(huán)氧樹脂的影響對(duì)缺陷的形狀、位置、大小進(jìn)行判斷。(4)反射式THz-TDS成像被用于2mm厚的碳纖維復(fù)合材料,結(jié)果表明,碳纖維復(fù)合材料中孔洞缺陷的直徑大小,劃傷缺陷的深度分布,磨損缺陷的面積區(qū)域,熱損傷的程度等都可直觀體現(xiàn),且成像數(shù)據(jù)結(jié)合圖像可對(duì)樣品的損傷史做出判斷。文章最后對(duì)太赫茲光譜技術(shù)在復(fù)合材料無損檢測(cè)方面的應(yīng)用及有待進(jìn)一步開展的工作進(jìn)行了探討。
[Abstract]:Terahertz (THz) radiation refers to the low THz energy level (4.1Me V) of the electromagnetic wave (1THzn 1012Hz) with a frequency of 0.1 ~ 10THz, and it has the characteristics of high signal-to-noise ratio (SNR) and high resolution, so it is used in the field of nondestructive testing. Composite material is a kind of nonmetallic material commonly used in special pressure equipment. It can effectively overcome the shortage of raw materials and decrease the surface hardness and strength, which leads to the unusual defects in many kinds of metal materials. It is difficult to solve the problem of lamination, inclusion, mechanical damage and so on. In recent years, the research of THz technology is increasing gradually, and the THz spectrum analysis is attempted from more aspects. The application of imaging technology is the development direction of THz spectroscopy technology in the future. This paper aims at the composite materials which are commonly used in the special pressure equipment at present, combined with the inspection standard and the engineering application demand, Based on terahertz time-domain spectroscopy (THz) system BWO continuous terahertz imaging system and frequency-modulated continuous terahertz imaging system, polyethylene pipe materials, carbon fiber wound composites and glass fiber wound composites were studied. The main work and research points are summarized as follows: (1) the refractive index and absorption coefficient of different defect points in polyethylene pipeline samples are obtained by transmission THz-TDS. In the effective band, the variation of refractive index and the position of absorption peak are different at different test points, and the thickness of delamination defects in samples is calculated by time-domain waveforms without refractive index. The experimental results can be used to detect the defects of polyethylene pipeline samples and provide a reference for the calibration of terahertz instrument. (2) the THz FM continuous tomography is used to image the polyethylene pipeline samples with the thickness of Zmaxx 21mm and the imaging results are incorporated into the imaging results. Gradient enhancement processing for human eye recognition, The results show that different depth (2mm-7mm) imaging has different emphasis on the expression of different defects. Metal inclusions of 1 mm, mechanical damage and surface damage width of the inner wall of the pipeline, and buried defects with a depth of 3. 2 mm in the inner depth of the pipe can be clearly detected. The maximum intensity imaging and the side view of the sample are mutually supporting each other to further determine the shape, orientation and continuity of various defects in the sample. (3) BWO continuous imaging technology has been used in glass fiber composites, and the imaging results show that, Transmissive continuous imaging can provide complete imaging of thermal damage, impact damage, scratch defect and 1 mm hole defect on the glass fiber surface of 5mm thick at or above 300C, etc. The shape, position and size of defects were determined by eliminating the influence of epoxy resin in glass fiber winding materials. (4) reflective THz-TDS imaging was used in 2mm thick carbon fiber composites. The diameter of the hole defect, the depth distribution of the scratch defect, the area of the wear defect and the degree of thermal damage in the carbon fiber composite can be reflected intuitively, and the damage history of the sample can be judged by the imaging data combined with the image. Finally, the application of terahertz spectroscopy in nondestructive testing of composite materials and the work to be further developed are discussed.
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB302.5

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