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T／CSTM 00416-2023 无损检测 太赫兹时域光谱检测和评价方法.pdf简介：

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下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T20737无损检测通用术语和定义

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功率谱成像powerspectralimaging 通过功率谱进行成像GBT 35727-2017标准下载，可反映太赫兹源

办车旧成家 通过功率谱进行成像，可反映太赫兹波在被检对象中传播信号的综合信息

太赫兹波在某些物质中会被色散和吸收效应调制，当被检测对象存在缺陷时，太赫兹波透过检测对 象时其幅值和相位会发生异常变化；因此通过检测太赫兹波的幅值和相位可反应被检对象的缺陷。 太赫兹时域光谱技术是利用飞秒激光脉冲入射到光导天线上激发出载流子，载流子在外加电场的作 用下发生定向运动并辐射出包含多个太赫兹频域信号的脉冲式电磁波；通过测量太赫兹电场强度随时间 的变化曲线，并对时域曲线进行傅里叶变换，可计算出太赫兹频域强度及相位信息。当被测材料中出现 孔洞、脱粘、夹杂等缺陷，接收太赫兹光谱中会出现相位和时间信息的不同，通过对接收的信号进行成 像、特征识别等分析方法，鉴别材料的质量问题，并定性、定量分析缺陷。 根据发射器和接收器位置不同可分为投射式检测（如图1所示）和反射式检测，（如图2所示）。

图1透射式检测原理示意图

图1透射式检测原理示意图

4.2.1太赫兹时域光谱检测有以下优点： a）无放射性； b）非接触； c）结果直观可视； d)检测灵敏度较高。 4.2.2太赫兹时域光谱检测的局限性包括： a)不能检测极性材料； b）检测速度较慢。

检测材料表面的极性涂层、 、水等均对检测有较明显的影响

图2反射式检测原理示意图

2反射式检测原理示意

境要求如下： a 1 应远离机械振动源、周围环境噪声在1米范围内不高于80分贝： b) 1 磁环境：满足GB9175的要求； cC) 工作温度：(18~25)℃； d) ）工作相对湿度范围：20%~90%

环境要求如下： a) 应远离机械振动源、周围环境噪声在1米范围内不高于80分贝 b） 磁环境：满足GB9175的要求； c) 工作温度：(18~25)℃； d) ）工作相对湿度范围：20%~90%

人员要求如下： a 应熟悉太赫兹时域光谱检测方法的基本原理：

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b) 应熟悉被检对象的材料、结构特性，并了解其制作工艺； C） 应熟悉检测系统的操作、校准，掌握检测数据的分析方法，

典型的太赫兹时域光谱检测系统主要有飞秒脉冲激光器、太赫兹发射元件、太赫兹探测元件和时间 延迟控制系统组成(如图3所示)。飞秒激光脉冲通过分束器后被分为两束光，强度较大的一束作为抽运 光，通过可变延迟线激发太赫兹发射元件产生超短太赫兹脉冲，较弱的一束作为探测光，经多次反射后 用于探测太赫兹脉冲的瞬时电场振幅，通过扫描探测激光和太赫兹脉冲相对时间延迟得到太赫兹脉冲电 场强度随时间变化波形。

图3太赫兹时域光谱检测系统

若粘接剂材料特性与特氟龙等在太赫兹波段性质相近，建议采用抽片法或抽膜法进行相关参考试件 制作。详细要求如下： a)对于单层结构的检测，应使用同被检对象材质相同的材料制作对比试块；试块厚度应不低于被 检对象最大厚度的1.5倍；试件长度应不小于厚度的5倍； b）对于多层结构的检测，试块材料各层的材质以及各层之间的连接状态应与被检对象相同；各层 的厚度应不低于被检对象该层的最大厚度；试件长度应不小于厚度的5倍； c）应保证试块内部均匀，无其他缺陷。

5.3检测设备维护和校

仪器使用单位应制定校准作业指导书，对设备进行周期性维护、检查和校准，以保证仪器功能，校

准结果应有相应记录和报告。 现场检测时，应首先使用对比试块进行测试

开展太赫兹时域光谱检测的单位应制定通用检测工艺规程，其内容至少应包括如下要素： a适用范围； b）引用的标准、法规； c）检验人员资格要求； d）检测设备； e）试块要求； f参数设置； g)检测对象； h）检测方法和步骤； i数据处理方法； j）检测结果的评价； k)检测人员、日期； 1)其他注意事项； m）检测记录、报告和资料存档； n）编制、审核和批准人员； 0)编制日期。

开展太赫兹时域光谱检测的单位应制定 a）适用范围； b）引用的标准、法规； c）检验人员资格要求； d）检测设备； e）试块要求； f参数设置； g）检测对象； h)检测方法和步骤； i）数据处理方法； j）检测结果的评价； k)检测人员、日期； 1)其他注意事项； m）检测记录、报告和资料存档； n）编制、审核和批准人员； 0）编制日期。

8.1.1选择检测镜头

8.1.2选择扫描装置

应根据被检对象结构选择扫描装置，分别为二维扫描装置和智能机器人化扫描装置。 a）当样件表面为平面或满足曲率小于2°时，选择二维移动导轨带动太赫兹镜头对样件进行扫描成 像： b）当样件结构曲率大于2°时，为了满足测量精度，选择机械臂配合太赫兹镜头对样件进行三维 化测量。其中，移动式升降台主要用于太赫兹时域光谱机器人化无损检测系统的搭载。微调装置用于调 节镜头与样件间的位移，保证样件处于镜头的焦距处。

在系统使用前或定期应使用6.2.2中规定的标准试块对系统进行校验。主要校验内容包括：信号强 度，检测能力。

利用微调装置调节镜头与被检测物体之间位置，保证被检测物体处于镜头焦距范围内，使得太 域信号峰峰值最大，频域信号能量值最大。 当需要改变工作距离或是更换镜头时，应重新进行对焦，

8.2.2设置检测时窗

使用反射式检测试件时，保证试件上、下表面时域信息完全包含在检测时窗中，若试件较厚， 窗不能包含全部信息，可分两次检测试件或者调整检测时窗范围。

8.2.3设置系统参数

太赫兹时域光谱技术检测的参数设置应考虑被检物大小、检测效率以及缺陷的几何特性。受检件若 为粘接结构复合材料或者其他复杂情况下，应使用参考试件来建立合适的检测参数。 a）被检物尺寸较大、允许缺陷尺寸指标较低时，建议采用较大步距先对材料进行粗检，发现异 常区域后，对局部区域进行较小步距精检； b）太赫兹时域光谱技术检测效率受设置的检测步距影响，设置较大步距，检测效率高，但同时 降低了检测精度，对缺陷识别尺寸精度较低；反之，设置检测较小步距，检测精度提高，检测 效率降低； C） ）对于尺寸小、较难识别的缺陷，建议设置较小步距对样件进行检测

对太赫兹时域光谱检测结果的分析包括波形分析方法和成像分析方法。应根据检测目的和使用场景 选择合适的评价方法：

如图4所示为单层结构示意图，图5为反射式检测某材料单层结构时域波形图。图5中可以看出上表 面回波与下表面回波两个波峰信号a和b。若只分析下表面材料情况，则可以通过锁定感兴趣区域进行分 析，如图中锁定t1和t2区域，屏蔽信号其他部分对结果的影响。

图5反射式检测单层结构时域波形图

当被检对象内部出现缺陷时，则在缺陷处与正常区域产生交界面，在接收的太赫兹波信号中， 号a和b中间出现波峰c，如图6。此时判定在此处出现缺陷。

若被检对象为多层粘接结构，如图7所示，缺陷可能出现在材料2内部，此时，多层结构缺陷处时 域波形图为图8所示

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图8多层结构缺陷处时域波形图

多层结构缺陷处时域波形

图8中波峰a为上表面回波，波峰b为材料1与材料2交界面反射回波，波峰c为缺陷处回波，波 峰d为材料2下表面回波。若被检对象结构较为复杂，分析波形时，需要提取多则时域光谱信号进行比 对分析，确定波形特征 在进行多层结构缺陷的波形分析的过程中，建议制作参考试块对波形进行比对分析，避免误判。

9.2.1飞行时间成像

利用各像素点对太赫兹信号的时间延迟信息成像，如：整体飞行时间，感兴趣的样品层飞行的 通过对不同的飞行时间差成像，分析其对应厚度方向的试件信息。

9.2.2最大值、最小值、峰值成像

利用各像素点太赫兹时域信号的最大值、最小值或最大值与最小值的差值成像，反映了试件对 波的消光系数。

对各像素点THz频域信号在某一段频率范围内的振幅平方值积分的信息成像JGJ230-2010 倒置式屋面工程技术规程.pdf，综合反映试件 他方式成像

9.2.4特定频率振幅（相位）成像

各像素点THz频域信号在某一频率的振幅（相位)值成像。 兹波对每种被测材料有不同的响应频率，通过选定该样品的敏感波段进行太赫兹成像，该方法 该像素点处被测样品的缺陷信息

9.2.5频谱积分成像

利用太赫兹主峰值的脉宽成像，该成像模型主要反映物体的色散特性《数字同步网工程技术规范 GB/T51117-2015》，它可以清晰地呈现物体的轮 郭

9.3.1太赫兹时间序列图像分析