利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的方法和裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置和一種利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的方法，該裝置和方法用于在不損壞層狀絕緣材料的情況下對其內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測。利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置包括：太赫茲發(fā)射源、兩個透鏡、太赫茲探測器、二維掃描裝置和成像處理裝置，太赫茲發(fā)射源用于發(fā)射連續(xù)調(diào)頻太赫茲波，兩個透鏡用于將太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波會聚至待測樣品的表面，在待測樣品表面反射后的太赫茲波再次經(jīng)過兩個透鏡后由太赫茲探測器接收并與其內(nèi)部的本振信號混頻后得到一中頻信號，二維掃描裝置控制太赫茲發(fā)射源在距離待測樣品表面的一設(shè)定距離處對待測樣品的表面進(jìn)行掃描。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及利用太赫茲波進(jìn)行無損檢測這一
，具體而言，涉及一種利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的方法和裝置。
技術(shù)介紹
隨著科技的發(fā)展，越來越多的絕緣材料被應(yīng)用于航空航天、高壓電力輸運(yùn)等關(guān)乎國家安全和民生的大工程中。該類材料的質(zhì)量關(guān)乎整套大系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，但是，由于制造工藝的原因，這類材料內(nèi)部往往會存在或多或少的氣泡或其他缺陷，從而影響了材料的性能并造成安全隱患。對于層狀絕緣材料內(nèi)部的缺陷檢測，特別是航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域，現(xiàn)行的X射線技術(shù)對于薄層狀材料對比度差，同時對使用人員存在一定程度的輻射傷害；紅外技術(shù)對大部分絕緣材料無法穿透，無法檢測內(nèi)部缺陷；熱波技術(shù)不適用于絕熱材料；微波技術(shù)由于波長的衍射極限限制，只適合檢出厘米級大小的缺陷，而通常大部分絕緣材料中的缺陷在毫米量級，無法滿足要求；超聲掃描成像技術(shù)能夠檢出缺陷，但是必須將樣品放置在耦合劑中，例如放置在水中，并且對于比較柔軟的絕緣材料，耦合效率低。近年來發(fā)展的三維太赫茲成像技術(shù)有飛行時間成像、計算機(jī)輔助層析成像、衍射層析成像、菲涅耳透鏡成像、全息成像和調(diào)頻連續(xù)波反射成像等方法。飛行時間成像可以給出物體表面形貌或不同層面的三維結(jié)構(gòu)，但它無法顯示物體內(nèi)部非層狀的結(jié)構(gòu)分布。計算機(jī)輔助層析成像中，太赫茲波焦點的直徑需要小于層析成像所要求的空間分辨率，而其焦深需要大于被成像物體的尺寸，且計算機(jī)輔助層析成像無法對金屬等材料進(jìn)行透視研究。衍射層析成像中，低頻區(qū)域的像的空間頻率較低，而在高頻區(qū)成像使用的太赫茲波信噪比較低，所以在低頻區(qū)和高頻區(qū)都存在質(zhì)量較差的問題。菲涅耳透鏡三維成像的橫向分辨率受成像系統(tǒng)的衍射限制，縱向分辨率受載波的光譜分辨率的限制；另外，待測物體的兩個物平面的間距大于成像系統(tǒng)的景深，才能使得各自的像不發(fā)生互相干擾，因此，成像質(zhì)量也受成像系統(tǒng)的景深的影響。三維全息術(shù)不能對很復(fù)雜的目標(biāo)成像，也不能提取物體的光譜信息，在任何情況下它都不能提供重建目標(biāo)的準(zhǔn)確的折射率數(shù)據(jù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置和方法，以在不損壞層狀絕緣材料的情況下對其內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)提供了一種利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置，包括：太赫茲發(fā)射源、兩個透鏡、太赫茲探測器、二維掃描裝置和成像處理裝置，其中：所述太赫茲發(fā)射源用于發(fā)射頻率范圍在325GHz～500GHz之間變化的連續(xù)調(diào)頻太赫茲波，所述太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波由325GHz變化至500GHz的周期為ts；兩個透鏡均為準(zhǔn)直透鏡并且平行設(shè)置在所述太赫茲發(fā)射源與一待測樣品之間，用于將所述太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波會聚至所述待測樣品的表面，太赫茲波在所述待測樣品表面發(fā)生發(fā)射；所述太赫茲探測器設(shè)置在所述太赫茲發(fā)射源的下端，其內(nèi)部具有一頻率為定值的本振信號，在所述待測樣品表面反射后的太赫茲波再次經(jīng)過兩個透鏡后由所述太赫茲探測器接收并與其內(nèi)部的本振信號混頻后得到一中頻信號；所述二維掃描裝置用于控制所述太赫茲發(fā)射源在距離待測樣品表面的一設(shè)定距離處以設(shè)定的掃描精度對所述待測樣品的表面進(jìn)行掃描，所述二維掃描裝置在每一掃描位置處停留的時間為Nts,其中N為大于等于1的整數(shù)，所述二維掃描裝置定義與所述待測樣品表面平行的表面為x-y平面以及定義與x-y平面垂直的方向為z方向；所述成像處理裝置與所述太赫茲探測器連接，所述成像處理裝置用于接收所述中頻信號并對其進(jìn)行處理，以得到對應(yīng)其中一個掃描位置的一維成像數(shù)組，當(dāng)所述二維掃描裝置控制所述太赫茲發(fā)射源遍歷所述待測樣品表面的所有掃描位置之后，得到的多個一維成像數(shù)組構(gòu)成一三維成像數(shù)據(jù)陣列，所述成像處理裝置根據(jù)該三維成像數(shù)據(jù)陣列輸出與該待測樣品對應(yīng)的x-y方向成像圖、x-z方向成像圖和y-z方向成像圖。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)還提供了一種利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的方法，其包括以下步驟：S1：一太赫茲發(fā)射源發(fā)射頻率范圍在325GHz～500GHz之間變化的連續(xù)調(diào)頻太赫茲波，所述太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波由325GHz變化至500GHz的周期為ts；S2：平行設(shè)置在所述太赫茲發(fā)射源與一待測樣品之間并且均為準(zhǔn)直透鏡的兩個透鏡將所述太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波會聚至所述待測樣品的表面，太赫茲波在所述待測樣品表面發(fā)生發(fā)射；S3：在所述待測樣品表面反射后的太赫茲波再次經(jīng)過兩個透鏡后由一太赫茲探測器接收并與其內(nèi)部的本振信號混頻后得到一中頻信號，所述太赫茲探測器設(shè)置在所述太赫茲發(fā)射源的下端，其內(nèi)部具有一頻率為定值的本振信號；S4：一二維掃描裝置控制所述太赫茲發(fā)射源在距離待測樣品表面的一設(shè)定距離處以設(shè)定的掃描精度對所述待測樣品的表面進(jìn)行掃描，所述二維掃描裝置在每一掃描位置處停留的時間為Nts,其中N為大于等于1的整數(shù)，所述二維掃描裝置定義與所述待測樣品表面平行的表面為x-y平面以及定義與x-y平面垂直的方向為z方向；S5：一成像處理裝置與所述太赫茲探測器連接，所述成像處理裝置接收所述中頻信號并對其進(jìn)行處理，以得到對應(yīng)其中一個掃描位置的一維成像數(shù)組，當(dāng)所述二維掃描裝置控制所述太赫茲發(fā)射源遍歷所述待測樣品表面的所有掃描位置之后，得到的多個一維成像數(shù)組構(gòu)成一三維成像數(shù)據(jù)陣列，所述成像處理裝置根據(jù)該三維成像數(shù)據(jù)陣列輸出與該待測樣品對應(yīng)的x-y方向成像圖、x-z方向成像圖和y-z方向成像圖。在本專利技術(shù)的一實施例中，所述待測樣品為層狀絕緣材料。在本專利技術(shù)的一實施例中，所述二維掃描裝置的掃描精度為0.5mm。在本專利技術(shù)的一實施例中，ts為240微秒。在本專利技術(shù)的一實施例中，N的值為50～300。在本專利技術(shù)的一實施例中，本振信號的頻率為13.530GHz～20.822GHz。在本專利技術(shù)的一實施例中，本振信號的頻率為10.833GHz～16.667GHz。本專利技術(shù)提供的利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置和方法通過對比太赫茲波強(qiáng)度和相位信息，重構(gòu)缺陷在材料中的大小、位置和深度，非常適合檢測絕緣材料內(nèi)部的缺陷，能夠以非接觸方式并在不破壞、不拆卸、不關(guān)機(jī)的情況下檢測絕緣層內(nèi)部是否存在氣泡缺陷，對進(jìn)一步評估材料質(zhì)量對整體系統(tǒng)安全性的影響提供方法和數(shù)據(jù)支持。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術(shù)提供的利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a～圖2d為本專利技術(shù)一實施例的待測樣品不同深度處的x-y方向成像圖。附圖標(biāo)記說明：1-太赫茲發(fā)射源；2-透鏡；3-太赫茲探測器；4-二維掃描裝置；5-成像處理裝置；6-待測樣品。具體實施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實施例中的附圖，對本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。圖1為本專利技術(shù)提供的利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本專利技術(shù)提供的利用太赫茲成像本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置，其特征在于，包括：太赫茲發(fā)射源、兩個透鏡、太赫茲探測器、二維掃描裝置和成像處理裝置，其中：所述太赫茲發(fā)射源用于發(fā)射頻率范圍在325GHz～500GHz之間變化的連續(xù)調(diào)頻太赫茲波，所述太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波由325GHz變化至500GHz的周期為ts；兩個透鏡均為準(zhǔn)直透鏡并且平行設(shè)置在所述太赫茲發(fā)射源與一待測樣品之間，用于將所述太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波會聚至所述待測樣品的表面，太赫茲波在所述待測樣品表面發(fā)生發(fā)射；所述太赫茲探測器設(shè)置在所述太赫茲發(fā)射源的下端，其內(nèi)部具有一頻率為定值的本振信號，在所述待測樣品表面反射后的太赫茲波再次經(jīng)過兩個透鏡后由所述太赫茲探測器接收并與其內(nèi)部的本振信號混頻后得到一中頻信號；所述二維掃描裝置用于控制所述太赫茲發(fā)射源在距離待測樣品表面的一設(shè)定距離處以設(shè)定的掃描精度對所述待測樣品的表面進(jìn)行掃描，所述二維掃描裝置在每一掃描位置處停留的時間為Nts,其中N為大于等于1的整數(shù)，所述二維掃描裝置定義與所述待測樣品表面平行的表面為x?y平面以及定義與x?y平面垂直的方向為z方向；所述成像處理裝置與所述太赫茲探測器連接，所述成像處理裝置用于接收所述中頻信號并對其進(jìn)行處理，以得到對應(yīng)其中一個掃描位置的一維成像數(shù)組，當(dāng)所述二維掃描裝置控制所述太赫茲發(fā)射源遍歷所述待測樣品表面的所有掃描位置之后，得到的多個一維成像數(shù)組構(gòu)成一三維成像數(shù)據(jù)陣列，所述成像處理裝置根據(jù)該三維成像數(shù)據(jù)陣列輸出與該待測樣品對應(yīng)的x?y方向成像圖、x?z方向成像圖和y?z方向成像圖。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置，其特征在于，包括：太赫茲發(fā)射源、兩個透鏡、太赫茲探測器、二維掃描裝置和成像處理裝置，其中：所述太赫茲發(fā)射源用于發(fā)射頻率范圍在325GHz～500GHz之間變化的連續(xù)調(diào)頻太赫茲波，所述太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波由325GHz變化至500GHz的周期為ts；兩個透鏡均為準(zhǔn)直透鏡并且平行設(shè)置在所述太赫茲發(fā)射源與一待測樣品之間，用于將所述太赫茲發(fā)射源發(fā)射的太赫茲波會聚至所述待測樣品的表面，太赫茲波在所述待測樣品表面發(fā)生發(fā)射；所述太赫茲探測器設(shè)置在所述太赫茲發(fā)射源的下端，其內(nèi)部具有一頻率為定值的本振信號，在所述待測樣品表面反射后的太赫茲波再次經(jīng)過兩個透鏡后由所述太赫茲探測器接收并與其內(nèi)部的本振信號混頻后得到一中頻信號；所述二維掃描裝置用于控制所述太赫茲發(fā)射源在距離待測樣品表面的一設(shè)定距離處以設(shè)定的掃描精度對所述待測樣品的表面進(jìn)行掃描，所述二維掃描裝置在每一掃描位置處停留的時間為Nts,其中N為大于等于1的整數(shù)，所述二維掃描裝置定義與所述待測樣品表面平行的表面為x-y平面以及定義與x-y平面垂直的方向為z方向；所述成像處理裝置與所述太赫茲探測器連接，所述成像處理裝置用于接收所述中頻信號并對其進(jìn)行處理，以得到對應(yīng)其中一個掃描位置的一維成像數(shù)組，當(dāng)所述二維掃描裝置控制所述太赫茲發(fā)射源遍歷所述待測樣品表面的所有掃描位置之后，得到的多個一維成像數(shù)組構(gòu)成一三維成像數(shù)據(jù)陣列，所述成像處理裝置根據(jù)該三維成像數(shù)據(jù)陣列輸出與該待測樣品對應(yīng)的x-y方向成像圖、x-z方向成像圖和y-z方向成像圖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置，其特征在于，所述待測樣品為層狀絕緣材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置，其特征在于，所述二維掃描裝置的掃描精度為0.5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置，其特征在于，ts為240微秒。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用太赫茲成像檢測層狀絕緣材料內(nèi)部缺陷的裝置，其特征在于，N的值為50～3...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張振偉，張存林，
申請(專利權(quán))人：首都師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11