1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
3 齐鲁工业大学(山东科学院)自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室，山东 济南 250013
因为太赫兹技术可以克服传统无损检测技术的局限性，具有穿透普通非金属材料等优点，可被用于分析层状材料的内部结构和内层厚度。本文首先介绍了太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)在透射模式下的工作原理，然后使用Rouard等效界面理论来描述多层结构中波的传播，推导得到透射模式下太赫兹波在三层介质中的理论传输模型。通过太赫兹时域光谱系统对制备的样品进行了透射成像。结果证明样品内部聚氯乙烯(PVC)薄片的位置和形状等信息可以被探测到，从而为探测多层材料内部结构提供理论和实验依据。
太赫兹时域光谱技术 无损检测 多层结构 缺陷识别 terahertz time domain spectroscopy nondestructive testing multilayer structure defect recognition 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(3): 366
1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
3 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室，山东 济南 250013
材料表面粗糙度会影响太赫兹无损检测结果。当材料表面粗糙度在微波区可以忽略不计时，在波长更短的太赫兹频段则需要考虑在内。研究讨论了在太赫兹频率下粗糙表面散射对反射谱的影响。通过考虑单个样品的反射模型，利用基尔霍夫近似可以将粗糙表面的反射信号与光滑表面的反射信号进行关联。此外，采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对不同粗糙度的葡萄糖片进行了测量，并对其反射光谱进行了分析。反射光谱结果表明，由于表面粗糙度引起的漫散射减弱了接收端反射光谱的强度。为了减小粗糙度对光谱的影响，提出了一种能恢复光谱功率的补偿方法。在0.5 THz和1 THz时，具有360目粗糙度规格样品的功率谱分别增加了约3 dB和9 dB。因此，可以认为所提出的粗糙表面光谱补偿方法在未来太赫兹无损检测技术的发展中具有一个特定的参考价值。
terahertz time-domain reflection spectra scattering surface roughness 太赫兹 时域反射谱 散射 表面粗糙度 红外与激光工程
2021, 50(3): 20200209
1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室，北京0090
2 中国科学院大学，北京100049
3 齐鲁工业大学（山东科学院）自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹重点实验室， 济南25001
在工业应用中，大多数情况下的复合结构介质仅有一面可以被检测，因此需要研究反射模式下检测介质内部参数的太赫兹无损检测方法.推导了反射模式下太赫兹波在三层结构介质中的传输模型，通过遗传算法共同反演估计得到中间分层的厚度，以及它的折射率，从而获得中间隐藏层的具体信息.制备了具有200 µm的隐藏分层的三层结构样品，利用太赫兹时域光谱系统对其进行了测量，将理论模型与实测数据进行对比，利用遗传算法估计得到隐藏层的厚度和折射率，将厚度估计值与测厚仪测量结果对比，误差保持在4%以内，折射率估计值与实际值相比，误差范围波动较大，平均误差为6%左右，最后对误差来源进行了分析，为多层复合材料内部缺陷、中间层材料的介电参数估计提供了理论和实验依据.研究表明该系统作为一种无损评价方法可以广泛应用于层状结构的可靠性评价.
Non-destructive Terahertz time-domain spectroscopy Genetic algorithm Multilayered structure Reflection mode 无损检测 太赫兹时域光谱 遗传算法 多层结构 反射模式
1 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院自动化研究所 超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室, 山东 济南 250014
2 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
天然橡胶制品的老化是其使用中普遍存在的现象, 老化的本质是材料本身存在缺陷而容易被外部因素影响。介电谱是表征电介质对电磁波频率或温度的依赖关系, 是微观极化的一种宏观体现。参照橡胶热空气老化标准GB/T3512-2014, 对天然硫化橡胶在100 ℃实验箱中进行了1 000余小时热氧实验, 研究样品的太赫兹介电谱随老化时间的变化关系。通过跟踪测试, 获取了橡胶每24 h在0.2~1.2 THz的复介电常数和损耗角正切值有效数据, 根据复介电常数数值可以推导橡胶的极化特点和统计性的微观运动类型, 进而分析用太赫兹介电谱表征的天然硫化胶热氧老化过程中分子结构变化和相互的对应关系。由于材料老化的相通性, 该结果对研究其他高分子材料的老化也能起到积极的意义。
太赫兹 热氧老化 介电常数 天然硫化橡胶 terahertz thermal oxidation aging dielectric constant natural rubber vulcanizates 红外与激光工程
2018, 47(10): 1025002
