自润滑滑动轴承涂层厚度的太赫兹无损检测

[目的]自润滑轴承在服役过程中面临的恶劣工况会加剧涂层磨损,涂层一旦失效则可能发生重大事故,因此对涂层磨损量的检测就显得尤为重要.[方法]针对当前对轴承自润滑涂层磨损失效评价技术存在的精度低、可靠性不足等问题,本研究提出基于太赫兹时域光谱技术的高精度自润滑滑动轴承涂层厚度无损检测方法.在系统探究聚四氟乙烯(PTFE)型涂层材料在太赫兹频段的介电响应特性的基础上,对其厚度及磨损量进行精确测量,并重构涂层界面形貌.[结果]结果表明,太赫兹波对PTFE型涂层具有良好的穿透性和特征响应特性,其厚度检测的理论最大误差为4.69μm,相对误差为2.35%,并且能对1μm的磨损量进行检测.[结论]该方法可满足实际的工程检测需求,为发展更加适用于自润滑涂层的无损检测技术提供了新方案.

基于太赫兹时域光谱的XLPE不同尺度缺陷研究

交联聚乙烯(XLPE)在生产、敷设、运行过程中会受到多种因素影响,产生不同尺度的结构缺陷,进而影响XLPE的电气性能。本文对XLPE电力电缆中常见的分子缺陷、聚集态结构缺陷与宏观气隙缺陷进行了重构,并结合X射线衍射测试(XRD)与太赫兹时域光谱(THz-TDS)的透射和反射模块对3种尺度的缺陷进行表征。结果表明:太赫兹时域光谱的电压幅值、相位信息分别表现出关于极性分子与聚集态结构变化的敏感特性;通过太赫兹时域光谱透射与反射模块的联用技术,可精准识别并计算出内部气隙缺陷的位置及尺寸,实现对不同尺度缺陷的无损检测。

太赫兹时域光谱无损检测玻纤复合材料的干涉现象研究

玻璃纤维增强复合材料作为新型的先进复合材料,具有质量轻、耐高温、耐冲击等特有的优点被广泛地应用在航空军工等领域。然而,在其生产过程中由于制作工艺的影响,使其内部容易产生分层和夹杂等微小缺陷;另一方面,此类复合材料在其生命周期内,由于外界因素如冲击力、高温等干扰,使得材料表面和内部发生灼痕和脱粘等缺陷。缺陷的存在使得作为结构件的玻璃纤维增强复合材料的安全系数降低,因此有必要对材料内部的缺陷进行检测。太赫兹时域光谱技术得益于太赫兹波段的独有优势,作为传统无损检测方式的有效补充,以其瞬态性、低能性以及指纹谱性近年来被广泛地应用在复合材料无损检测领域,可以有效地对缺陷进行无损检测。通过检测结果对玻璃纤维增强复合材料的性能进行评估,然而利用太赫兹时域光谱技术对缺陷检测分析时,发现对缺陷进行层析成像过程有一些随时间扩散的条纹,条纹的存在掩盖了缺陷的形状,对缺陷的清晰识别产生影响,进一步导致对缺陷的漏判和误判。现阶段,对于缺陷层析成像时条纹出现的原因在理论上的分析鲜有研究,该研究提出了应用时域有限差分技术建模分析太赫兹波与玻璃纤维增强复合材料的相互作用机理。建立在0.2~1.5 THz频段范围内的反射式数值模型,通过数值模拟实现了对玻璃纤维增强复合材料内部1、3以及5 mm深度处的缺陷成像,并且发现,当太赫兹波垂直入射到玻璃纤维复合材料表面时,每一深度处的缺陷均可清晰成像,当太赫兹波以1°倾斜角入射到玻璃纤维增强复合材料表面以及玻璃纤维增强复合材料上下表面存在2°倾斜时,材料内部每一深度处的缺陷成像中均出现了交替变化的条纹,验证了出现条纹的原因是由干涉现象引起的。

基于太赫兹技术的复合材料无损检测研究综述

随着高性能复合材料在航空航天和军事等高新领域的广泛应用,对其质量和性能检查的要求愈加引起重视,如何通过各种方法对复合材料进行无损检测成为近年来研究人员关注的热点和研究方向。太赫兹波量子能量低,对大多数非极性物质透明,因此使用太赫兹技术对复合材料进行无损检测有着独特的应用优势。本文基于太赫兹技术的特点,对太赫兹时域光谱和太赫兹成像技术的无损检测分别进行了详细的论述,并总结了目前复合材料的太赫兹无损检测技术发展趋势,最后对其发展前景进行了展望。

基于太赫兹时域光谱的XLPE老化评估研究

合理预测交联聚乙烯(XLPE)电缆的老化状态,及时更换老化严重的电缆,对于电网的稳定运行至关重要。本研究对XLPE绝缘电缆试样进行145℃的加速热老化实验,分析了相关微观理化特性,并建立了太赫兹频段介电参数与微观结构之间的关联。结果表明:随着老化时间的增加,XLPE的结晶度降低、热稳定性下降,羰基指数增大,表明XLPE老化程度逐渐加剧;在太赫兹频段范围内,介电常数实部受结晶度、极性基团含量等多种结构因素的共同影响,导致其与老化时间之间的关系不明确,但介电常数虚部的变化主要由源于极性基团的偶极子高弹态极化引起,表现出随老化时间增加而逐渐增大的趋势。经拟合发现介电常数虚部与羰基指数呈正相关关系,因此太赫兹频段介电常数虚部能够较好地反映XLPE试样的老化程度。

太赫兹技术在陶瓷基复合材料缺陷无损检测中的应用（英文）

太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是一种通过宽频带太赫兹脉冲携带介质信息,从而完成对样品内部信息提取的无损检测技术。目前,这种技术大多应用于安全监测,外形成像等定性分析领域。将该应用广泛的陶瓷基复合材料做为检测样品,通过建立单点厚度检测模型和光学参数的提取,将该技术用于密度分布检测和孔洞缺陷尺寸检测,进行定量测量。设计并进行了验证实验,对标准材料及缺陷进行了探索性的测量及评价。实验获取了较为理想的时频光谱分析结果及成像结果,显示出了THz-TDS在材料的定量无损检测和探究材料特征方面具有揭示作用。

太赫兹无损检测的多特征参数神经网络分析技术

提出一种基于太赫兹无损检测的多特征参数神经网络分析技术,用于分析耐高温复合材料的粘贴质量无损检测.采用抽片式方法设计了一种耐高温复合材料的脱粘缺陷样品,抽片厚度为0.1mm.采用太赫兹时域光谱无损检测技术对耐高温复合材料的多层脱粘缺陷进行了检测试验研究,对比了上下脱粘缺陷所对应的太赫兹时域波形及频谱信息的异同,针对性地建立了耐高温复合材料粘贴质量的上层脱粘参数、下层脱粘参数、频域吸收质心参数等多特征参数,将特征参数进行优化作为反向传播神经网络的输入并对其进行上下脱粘分类识别.通过对反向传播神经网络的训练测试,实现了耐高温复合材料上层脱粘0.1mm、下层脱粘0.1mm的脱粘缺陷的识别.

太赫兹波在船舶防护涂层系统的传播特性研究

基于有限时域差分法研究太赫兹波在船舶防护涂层系统的传播特性。建立了太赫兹波在船舶防护涂层系统的脉冲检测模型,并进行了涂层系统中无缺陷和有缺陷情况的仿真研究。对多层结构涂层中各涂层厚度进行定量分析,并对涂层中存在的气孔、涂层氧化物等缺陷进行诊断分析。仿真结果表明,有限时域差分模型为基于太赫兹脉冲成像的船舶防护涂层系统的无损检测和评估提供理论支撑,有利于提供及时有效的维护措施以及涂层设计具有借鉴作用。

太赫兹技术进展及其在工业中的应用

近年来,太赫兹技术日渐成熟,工业应用领域不断扩大,市场上出现了越来越多的太赫兹产品。本文主要分析太赫兹技术的发展,并对未来太赫兹工业应用市场进行中期和长期展望。

基于太赫兹时域光谱技术的交联聚乙烯电缆绝缘层气隙检测分析

隐藏气隙缺陷会严重影响交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘性能,造成安全隐患。该文提出一种基于太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)的XLPE无损检测新方法。首先分析XLPE中隐藏气隙缺陷特性,建立含有气隙缺陷的XLPE的多层色散模型并进行理论分析,然后采用实际XLPE样品并人工模拟气隙缺陷,最后利用自己搭建的透射式THz-TDS系统对样品成谱成像实验。实验结果表明,通过采集THz-TDS系统透过样品的时域信号,以信号幅值和相位为特征量可有效辨别XLPE样品的隐藏气隙,对信号谱进一步分析可以得出隐藏气隙的几何尺寸信息,计算误差在2.9%以内;另外,对XLPE隐藏气隙的THz成像实验可以更直观地观测到气隙特征,应用该文设计的太赫兹成像算法能清楚地辨识气隙的位置和形状特性。该文从理论和实验上证明了基于THz-TDS系统对XLPE隐藏气隙缺陷无损检测的新方法的可行性,可为电缆绝缘缺陷的无损检测提供一种新的思路,且可应用于其他电气设备检测中。

基于太赫兹时域光谱技术的橡胶材料无损检测

针对橡胶材料与金属板粘接样件厚度及粘接质量,采用反射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对其进行无损检测。通过对检测数据中各点时域波形飞行时间信息的分析,得到样件橡胶部分的二维厚度分布图,实现了橡胶样件厚度分布的可视化成像;通过对检测数据中特征点波形及B-Scan图像的综合分析,判断出样件的分层缺陷。该研究结果为橡胶材料厚度及分层缺陷的无损检测提供了有效的解决办法。

热障涂层无损检测技术研究进展

为提高发动机的涡轮前温度和热端部件服役寿命,热障涂层(TBCs)被广泛应用于燃气涡轮发动机。热障涂层具有多相、多界面和非均质特性,且其服役工况恶劣复杂。寻找一种可以表征涂层显微组织、缺陷、热物性、应力等反映涂层质量和剩余寿命的无损检测方法,对发动机的热端部件安全性和可靠性至关重要。文中综述了超声检测技术(UT)、声发射技术(AE)、红外热成像技术(IRT)、阻抗谱技术(IS)和光激发荧光压电光谱技术(PLPS)的原理以及其在热障涂层无损检测中的研究应用,并详细介绍了太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术及其在热障涂层中的应用。最后总结了上述无损检测方法的检测能力,并对热障涂层无损检测方法进行展望。

太赫兹电磁波检测复合绝缘子内部缺陷可行性研究

复合绝缘子的电气性能和机械性能是输电线路安全运行的重要影响因素。研究使用太赫兹电磁波对复合绝缘子内部缺陷进行无损检测的可行性。该方法将激光器产生的太赫兹电磁波通过光路传输到绝缘子内部。利用脉冲电磁波在不同电磁介质内的传播特性,通过分析反射波的时域特征,判断复合绝缘子样品内部的情况。通过对平面形状样品和实际绝缘子样品进行试验,对比有无缺陷情况下的检测波形,证明了太赫兹方法是检测复合绝缘子内部缺陷的有效方法。

多胶接缺陷太赫兹检测信号的PSO-BP神经网络识别

采用太赫兹时域光谱无损检测技术对多胶接结构耐高温复合材料缺陷进行检测。为了识别同一位置上、下层同时存在脱粘缺陷,分析无缺陷区域、上层脱粘区域、下层脱粘区域的太赫兹信号波形,以特征峰峰度、偏度、最小值、峰谷值、波形因子以及信号幅值绝对平均值为特征,作为BP神经网络的输入。并通过粒子群算法优化BP神经网络的初始权重和阈值,解决了BP神经网络易陷入局部最优的问题。粒子群算法优化后的BP神经网络可实现上层100μm和下层100μm脱粘缺陷的识别,准确率达到90.71%和86.92%。

基于时域光声信号的谱分析技术及其在生物医学领域的应用

基于时域光声信号的谱分析技术是一种能够提供生物组织结构和功能信息的非侵入式检测技术,其结合了光学模态的高对比度和超声模态在深层组织中的高分辨率两重特性,可对不同波长光激发下的目标生物组织的光声信号数据集进行处理分析。相较于传统光谱检测,该技术不易受被测对象形状、形态的限制和光散射的影响,使其对较深层组织的检测仍具有较高灵敏度。相较于光声成像,该技术无需引入图像重建算法且专注于实现定量分析。综述时域光声信号的谱分析技术在生物组织、生物体液、生物呼出气体检测中的应用,介绍相关研究所采用的改进实验系统或不同信号处理方法,阐述该技术的研究进展与发展方向。

复合材料内隐藏分层的太赫兹检测和识别

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。

陶瓷基复合材料的太赫兹无损检测方法

提出了一种时频域多模式新光谱成像方法,对内含缺陷的4种陶瓷基复合材料(CMC)样本实现了无损检测,形成了检测样本的太赫兹图像库,并引入5个图像质量的客观综合评价指标,通过指标融合处理选出了质量较佳的太赫兹图像。基于尺度不变特征变换与K均值聚类实现了该图像的检索。实验结果证实,该方法可有效地对CMC不同位置处的不同宽度缺陷进行成像检测。

基于FDTD的玻璃纤维增强复合材料脉冲太赫兹无损检测

玻璃纤维增强复合材料具有耐腐蚀性强、介电性能良好和热性能良好等优良性能,被广泛应用于航空航天、铁道铁路等相关行业。以脉宽调制后的太赫兹脉冲激励源作为输入光源,采用徳拜模型对材料实测太赫兹波段光学参数进行拟合优化,并将其作为材料输入参数应用于时域有限差分方法中。建立了玻璃纤维增强复合材料胶接缺陷的太赫兹脉冲检测模型。基于时域有限差分法,对太赫兹波在玻璃纤维增强复合材料胶接缺陷结构中的传播特性进行了数值仿真分析,重点从时域波形及B-Scan成像两方面分析了太赫兹波在胶接缺陷结构中的传播过程以及高次回波的成因。针对玻璃纤维增强复合材料中存在的脱粘缺陷、分层缺陷进行了诊断分析,1 mm厚玻璃纤维增强复合材料中的脱粘缺陷检测厚度达到20μm;玻璃纤维增强复合材料中厚度为80μm的分层缺陷的检测层数达到两层。所提方法可为基于太赫兹脉冲成像的玻璃纤维增强复合材料胶接缺陷的无损检测和评估提供理论支撑。

基于多次回波数值模拟的涂层缺陷太赫兹无损检测

当涂层粘接缺陷厚度过小时,缺陷的太赫兹时域光谱信号与基体反射信号产生混叠,难以从主脉冲信号中获取有效的粘接缺陷特征。通过构建基于传输矩阵法的薄涂层粘接缺陷太赫兹传播仿真模型,对太赫兹波在涂层粘接缺陷结构中的传播特性进行数值仿真分析。结合仿真结果和实际检测信号,提出基于多次回波特征的涂层粘接缺陷识别方法,利用缺陷太赫兹信号偏度特征进行成像,准确识别厚度为50μm和80μm的涂层样件中预置的10μm和15μm粘接缺陷,平均识别准确率达95.2%。

利用太赫兹时域光谱对覆盖层下钢板锈蚀厚度的无损检测

由于锈蚀层分布不均匀和覆盖层材料的影响,现有无损检测技术很难实现对钢板锈蚀厚度的精确检测。基于太赫兹(THz)波对非极性材料的高透射性及对极性金属材料的反射性,介绍了一种利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)实现对覆盖层下钢板锈蚀厚度的无损检测方法。实验表明:在有效频率0.2~1.2 THz内,锈蚀产物和覆盖层材料环氧树脂、橡胶、水泥净浆的折射率分别为2.80,1.94,2.18和2.04。THz透射谱中样品和参考信号的延迟时间差与材料的折射率呈线性关系。THz反射信号可以识别钢板表面锈蚀层,且能够准确测定大于40μm的锈蚀层厚度。覆盖层材料下的钢板锈蚀可以从THz反射信号中幅值的数量和衰减进行判断,通过幅值对应延迟时间差实现准确率大于90%的覆盖层和锈蚀层的厚度测定,证明了THz-TDS用于覆盖层下钢板锈蚀厚度检测的实用性和准确性。