太赫茲光譜技術在復合材料無損檢測中的應用研究.pdf

1、太赫茲（THz）輻射是指頻率在0.1~10THz的電磁波（1THz=1012Hz），THz能級低（4.1MeV），且具有高信噪比、高分辨率等特征，被用于無損檢測領域。復合材料是承壓特種設備常用的非金屬材料，其有效克服原材料不足的同時表面硬度及強度被降低，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)檢測技術解決。THz光譜技術對復合材料分層、夾雜、機械損傷等都能有清晰表達。近年來，THz技術的研究逐漸增多，從更多方面嘗試對太赫茲光譜進

2、行分析，對成像技術進行應用是THz光譜技術未來的發(fā)展方向。
　　本文針對目前在承壓特種設備中常用的復合材料，結合檢驗檢測標準和工程應用需求，基于太赫茲時域光譜系統(tǒng)、BWO連續(xù)太赫茲成像系統(tǒng)和調頻連續(xù)太赫茲成像系統(tǒng)對聚乙烯管道材料、碳纖維纏繞復合材料、玻璃纖維纏繞復合材料進行研究，完成了18種不同材料及缺陷的測試，主要工作和研究點總結如下：
　?。?）通過透射式THz-TDS獲得聚乙烯管道樣品中不同缺陷點的折射率和吸收系數(shù)。在

3、有效波段內，不同測試點在折射率的變化規(guī)律，吸收峰的位置都存在差異；通過時域波形，無折射率計算樣品中分層缺陷的厚度。實驗結果可用于聚乙烯管道樣品的缺陷檢測并為太赫茲儀器校準提供參考。
　　（2）應用太赫茲調頻連續(xù)層析成像對Zmax=21mm厚的聚乙烯管道樣品進行層析成像并將成像結果進行梯度增強處理以便人眼識別，結果表明不同縱深（2mm-7mm）的成像對不同缺陷的表達重點不同。其中Φ=1mm的金屬夾雜、管道內壁機械損傷及表面損傷寬度，

4、內部深度Zmax=3.2mm的埋藏缺陷都可清晰檢測。最大強度成像和樣品側視圖互為佐證，進一步確定樣品中各類缺陷的形狀、方位、連續(xù)情況等。
　?。?）BWO連續(xù)成像技術被用于玻璃纖維復合材料，成像結果表明，透射式連續(xù)成像可以從背面對5mm厚的玻璃纖維表面300℃及以上的熱損傷、沖擊損傷、劃傷缺陷、Φ=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)氧樹脂的影響對缺陷的形狀、位置、大小進行判斷。
　?。?）反射式THz-T