国外太赫兹无损检测技术已趋成熟

2016-05-12 来源:仪器信息网 我要评论(0) 字号:

太赫兹技术属于一种新型无损检测技术,能够对某些组件及表面进行无损测试分析。但是这种检测装置,尤其是传感器探头,不仅价格昂贵,而且相当笨重。

现在,来自于德国弗劳恩霍夫协会的研究人员已经成功研制出一种非常紧凑、简单的传感器探头,其成本也因此变得更低,装置操作也变得更加容易。他们设计的第一种传感器探头原型已经被用于在塑料管的生产线上检测管壁的厚度。此外,这种装置还非常适用于分析纤维复合材料上的涂层等。

这种新型传感器探头于2016年4月25至29日在德国汉诺威工业博览会上进行展出。

国外太赫兹无损检测技术已趋成熟

十多年以前,当人们谈论最多的还都是人体扫描仪的时候,太赫兹技术就被视为“下一个大事件”。科学家们希望利用太赫兹辐射技术研发出一种能够用于材料测试与分析方面的测量体系;虽然人们对于太赫兹技术一直都抱有很大的期望,但太赫兹技术并没有取得人们所期待的进展。与传统的无损检测技术相比,例如X射线检测、超声检测等,太赫兹技术成本太高,装置笨重、不灵活。

搭配新型传感器探头的测量体系

现在,德国柏林的弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所在太赫兹技术方面取得了一项巨大的进步。由该研究所里Thorsten Göbel领导的太赫兹技术研究小组已经成功的研制出了首例标准太赫兹设备,而且成本更低,操作更为简便。

弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所激发太赫兹辐射的原理是基于一种光电方法;通过使用一种特殊的半导体,激光脉冲被转换成太赫兹电脉冲。而以前太赫兹技术一直没有取得实质性成功的原因主要就在于这种特殊半导体需要具备一些特殊的性质。

“我们研制出了一种半导体材料,能够被波长为1.5微米左右的激光刺激,” Göbel说道:“在光通信领域中,这是一种标准波长,这也是为什么市场上有那么多廉价但高质量的光学组件和激光器”。

但是,要研制出一种能够用于材料测试方面,且成本较低、操作便利的太赫兹体系仍然存在一个大障碍——迄今为止,用于扫描待测试组件的传感器探头太大而且非常笨重,并不便于使用。原因是太赫兹发射器和接收器是两个独立的组件,必须要精确的安装在套管里。这种排列的主要缺点在于测试样品只能在一个角度上进行测量。因此,测试对象必须准确的位于接收器和发射器的焦点上,这样经样品由发射器发出的太赫兹信号才会显示在接收器上。如果传感器探头和样品之间的距离发生了变化,例如发生轻微震动等,测量都会变得更加困难。

如今,研究人员制造了一个能够同时发射和接收信号的集成芯片,这使得操作距离可以更加灵活。人们将发射器和接收器“打包”成一个收发器,并置于一个直径只有25毫米,长度只有35毫米的简易传感器探头内部。

研究人员将太赫兹辐射中的发射单元与接收单元“打包”置于一个直径只有25毫米,长度只有35毫米的简易传感器探头内部

研究人员将太赫兹辐射中的发射单元与接收单元“打包”置于一个直径只有25毫米,长度只有35毫米的简易传感器探头内部

塑料管的壁厚检测

这种太赫兹传感器体系目前已经被一些制造厂商用于塑料管材的生产监测,这些传感器能够直接在生产线上检测塑料管壁的厚度;这项检测在生产过程中也是非常重要的,管壁太薄,塑料管就会变得非常不稳定;管壁太厚,无疑会浪费许多宝贵的原材料。

直到现在,塑料管生产线上一般都是采用超声检测体系。但超声检测不能准确的在空气中进行测量,通常需要用到水等耦合剂来起到超声传感器探头和塑料管材之间的耦合介质作用。正是由于这个原因,接近250℃的塑料管材必须通过水箱,才能完成检测。此外,超声检测技术并不能有效检测由不同材料层构成的所谓的智能管材。

纤维增强复合材料上的涂层检测

这种新型太赫兹传感器探头的另一个应用是验证纤维增强复合材料上的油漆以及涂料等。

人们能够利用涡流检测技术对一些金属基材料进行检测,例如在汽车行业中对金属薄片进行检测;但是涡流检测技术并不适用于导电性不好的纤维复合材料。“因此,随着复合材料在汽车、航空、航天以及能源等领域内的应用越来越广泛,人们迫切的需要一种可靠的检测方法”,Göbel说道,而这种新型太赫兹传感器探头可以解决这个问题。

虽然这种新型的太赫兹传感器体系来自于廉价的标准光学元件,可它目前的价格仍然高于一些超声检测装置,但是,Göbel预测,在不久的将来,随着逐步批量生产,其价格肯定会大幅降低。考虑到这种检测方法的优势及其目前的研究进展,Göbel相信太赫兹技术在未来几年将会取得更多的成功,很快成为一种成熟的无损检测手段。

译自:sciencedaily

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