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无损检测新技术——太赫兹无损检测

太赫兹 红外热波检测
发布:2020-09-14 15:38:06    

传统的无损检测技术有超声检测 、X射线检测、磁粉检测、渗透检验、涡流检测、声发射检测等,近几年红外热波检测、微波无损检测、激光全息检测逐渐发展起来,随着对太赫兹技术的深入研究,太赫兹作为新兴的无损检测手段逐渐被人们认识并接受,应用到越来越多的领域中。

新技术——太赫兹无损检测

宇宙空间的一切物质都会产生太赫兹波。太赫兹技术被誉为“改变未来世界十大技术”之一,不同于其他技术,中国在太赫兹领域的研究位于世界前列。THz无损检测技术包括波普技术和成像技术。许多物质在太赫兹波段有独特的指纹谱特性。利用太赫兹的指纹谱特性,可以有效检查毒品、爆炸物的检测,以及中西药的成分检测等。太赫兹成像将所记录下来的样品的透射谱或反射谱信息(包括振幅和相位的二维信息)进行分析和处理,最后得到样品的THz图像。基于连续THz波的透射和反射无损检测系统如图所示。

THz检测系统示意图

太赫兹PK其他光谱技术

1.与红外热波相比,太赫兹对于许多非金属和非极性物质有很高的透过性,且它在烟雾和浮尘环境中传输损耗极小,对此类材料的检测厚度优于红外热波,是非金属和非极性物质的无损检测的极佳手段

2.与微波相比,太赫兹可以获得较高的成像分辨率

3.与X光相比,太赫兹光子能量低(4.14meV),人体组织电离阈值是12.5eV,X光的光子能量在keV量级,因此对于检测人员和被测样品都很安全

太赫兹安检仪

太赫兹其他特点

太赫兹对纺织品、纸板、塑料、木料等包装物具有极佳的穿透性,因此十分适合非金属复合材料的内部缺陷检查以及非接触人体安检,非接触式安检快捷方便,让安检变得有尊严。太赫兹具有非接触、检测速度快、分辨率高、无需耦合剂、高安全性等特点。

水和金属对太赫兹波具有吸收性,因此太赫兹不适用水性液体的检测和金属检测。但这个特点在应用中是可以被利用的,利用太赫兹波的对水的敏感性可以测量物质中的水分含量,金属对太赫兹的吸收性又可以用于太赫兹安检系统的对枪支、弹药、管制刀具等金属违禁品的检查。

应用领域:可应用于安检、质检、大气或太空测量、环境监测保护、遥感和导航。中国航空航天事业迅猛发展以及非金属复合材料在航空航天领域的大规模使用,使得太赫兹无损检测手段日益受到国家的重视和应用。另外太赫兹无损检测在文物古玩、生物医药、石油化工、国防安全等已有众多的成功案例,太赫兹安检仪市场即将面临井喷的态势。

新技术——红外热波无损检测技术

红外热波检测技术采用主动施加外加激励的办法对被测物施加热扰动,并用红外热像仪连续记录被测物对热扰动的响应。根据不同的热扰动方式,采用不同的数学物理模型对采集的表面温度数据进行处理,来获得被测物内部的缺陷的信息。目前,脉冲式闪光灯激励和连续的调制式光激励是研究较多的两种检测方法。脉冲式激励是对被测物表面施加高能脉冲闪光,在被测物表面形成表面热源,并根据瞬时表面热源模型对采集的数据进行反演计算,从而可以获得表面下方缺陷的深度、热属性等相关信息。调制式激励一般采用余弦或类似波形进行连续数周期的加热,通过采集并对表面温度相对于热源变化的相位差来进行缺陷深度及热属性的分析。

优点:

1.非接触、全场、大面积、快速、直观、易实现检测自动化等

2.对获得的红外图像信息处理后,可直接识别缺陷位置坐标

3.设备轻便、可移动,特别适合现场应用和在线、在役检测

4.对周围环境没有特殊要求

应用:航空航天器、军、民用工业设备的安全可靠性;多层结构和复合材料结构中,脱粘、分层、开裂等损伤的检测与评估;石油管道、发电设备的探伤和日常维护;承重机械设备、大型建筑金属结构件的裂纹、焊接状况、锈蚀、疲劳检测等

新技术——微波无损检测技术

将在330MHz ~ 3300GHz中某段频率的电磁波照射到被测物体上,通过分析反射波和透射波的振幅和相位的变化,波的模式的变化,通过对散射波的分析,从而了解被测样品中的裂纹、裂缝、气孔等缺陷,分层媒质的脱粘,夹杂等的位置和尺寸, 复合材料内部密度的不均匀程度的技术。

微波的最大特点是能够穿透对于声波来说衰减很大的非金属材料。此外,在微波场作用下,微波在材料内部因为极化而以热能形式引起的介质损耗可以用损耗角正切来表示,因此微波透过介质时,受到介电常数、损耗角正切及材料尺寸的影响,可以用于缺陷探测。

优点:是非接触测量监控、非破坏、非电量、非污染和非金属应用,操作方便。

应用:检测一些非金属复合材料薄片和薄膜的厚度;塑料、陶瓷、树脂、玻璃、橡胶等材料中的缺陷;火箭发动机的脱粘和玻璃钢壳体的质量检测;雷达罩的厚度,检测玻璃钢抽油杆中的缺陷;风力发电叶片检测;环氧树脂的固化度;压力容器表面的裂缝和裂纹和材料的质量;桥梁和大型建筑混凝土的质量等。

新技术——激光全息无损检测技术

激光全息检测是把带有被检物表面信息的物光和参考光这两束来自同一激光光源的相干光波进行叠加干涉,从而形成干涉条纹图案。这些包含有物波强度与相位信息的干涉条纹图案记录在感光干板或者CCD上,经过激光照射或者计算机处理之后,可以再现被检物的图像。如果试件内部存在缺陷,在外力作用下,与内部缺陷对应的试件表面将产生于周围不同的局部微小变形(位移),变形比周围的变形大,光程出现差异,因此对应有缺陷的局部区域将会出现有不连续的、突变的干涉条纹。将此全息图样与无缺陷部位的全息图形进行对比观察,就可以根据干涉条纹图形判别并检出试件内部的缺陷。

与其他光谱技术相比

1.相比于X光能检测间隙性和紧贴型缺陷(X光仅能检测出前者);

2.相比于超声波技术需要在耦合剂配合的情况下用于表面的穿透裂纹和表层下缺陷检测;

3.声波发射法在检测裂纹的产生和扩散探测,很难区分裂纹产生和噪声信号

优点:灵敏度高、检测速度快、不接触、无需耦合剂、对构件的形状和表面状态无特殊要求、能全场直观显示缺陷情况。

应用:轮胎气泡、脱层等质量检测;复合材料层压板脱粘分层、树脂堆积、密度变化、裂缝、形变等缺陷检测;火箭推进剂药柱包覆层粘接质量检测;测量碳纤维复合板、玻璃钢、有机玻璃板材料的泊松比等。

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