碳纤维复合材料不同深度缺陷的太赫兹检测研究

太赫兹(THz)无损检测技术具有非破坏性、非电离和非接触的优点,在航空航天领域纤维增强复合材料无损检测中得到了较快的发展和应用。在碳纤维复合材料层合板的4个不同深度(0.225、0.450、0.675、0.900 mm)插入聚四氟乙烯作为人工缺陷,采用太赫兹时域光谱和成像系统对其进行成像和光谱分析,探讨太赫兹波辐射下缺陷的成像效果和光谱特性。研究结果发现,在0.25~2.0 THz频率范围内,太赫兹反射成像可以成功检测出碳纤维复合材料中不同深度缺陷:随着缺陷深度的增加,太赫兹频域成像信号和光谱信号随缺陷深度线性增大,吸收系数成像信号和光谱信号随缺陷深度线性减小;随着频率的增加,缺陷的功率谱密度先增大后减小,吸收系数缓慢增大。该结果可以为碳纤维复合材料缺陷深度的可视化和定量化分析提供参考依据。

宽带太赫兹偶极子光电导接收天线研究

太赫兹光电导天线广泛应用于宽带脉冲太赫兹波的检测,是太赫兹光谱和成像系统中的重要器件。偶极子光电导天线由于其结构简单、制作容易成为使用最广泛的一类太赫兹光电导接收天线。衡量太赫兹光电导探测天线的一个重要指标是其响应带宽。针对偶极子天线的探测带宽,分别对天线臂长为10、50、150μm的偶极子天线及一种作为对比的178μm的蝶形天线(Bowtie antenna)进行了实验及理论研究。结果显示其探测带宽随天线臂长增加而减小,与微波天线理论一致。进一步的,采用商用电磁场数值仿真软件进行建模仿真,仿真结果与理论及实验结果具有很好的一致性,证实数值仿真已在很大程度上模拟出实际天线的特性,从而为优化结构参数制作大宽带和高灵敏度的太赫兹天线提供支持。同时,对超半球硅衬底透镜对天线接收频谱的影响也进行了探讨。

太赫兹波谱用于违法添加工业明胶的检测

采用太赫兹波谱技术对工业明胶进行检测,旨在对工业明胶进行定性和定量分析。发现工业明胶在太赫兹波谱下具有明显的特征吸收峰,吸收峰位置为1.55 THz,且在工业明胶比例低至1.57%时,依然有明显的吸收。选择吸收基线值低的修正胶囊样品,混以0%、50%及70%的PE粉作为基质,添加不同比例的工业明胶自制阳性样品。结果显示,PE粉含量越高的样品吸收峰越明显;工业明胶质量分数在5%以上,具有非常明显的吸收。特征吸收峰的峰高与工业明胶质量分数之间存在显著的线性关系,因此太赫兹波谱可以用于工业明胶的定性和定量分析。

不同贮存年限陈皮的太赫兹光谱和成像的差异分析

本研究利用太赫兹光谱与成像技术及统计分析方法对5种不同贮存年限(3、5、10、15和20年)的陈皮进行了差异性表征和年限鉴别。结果表明,不同贮存年限陈皮样品的太赫兹光谱信息参数(包括吸收系数、折射率、复介电常数虚部和介质损耗角正切值)和太赫兹频域图像对比度均存在明显的差异和较为一致的变化趋势,3~15年陈皮的各参数值随贮存年限的增加而递减,15~20年陈皮的各参数值随年限增加而渐增;对0.6~1.8THz范围内的各光谱参数进行统计学分析及独立样本t检验,提取变化规律具有一致性且差异显著(p<0.05)的光谱参数数据,建立了基于主成分分析-支持向量机(PCA-SVM)的高效陈皮贮存年限预测模型,其年限预测准确度可达94%以上。该结果表明了太赫兹技术在表征不同陈皮差异及鉴定贮存年限上的可行性和优越性。

太赫兹波谱在冬虫夏草检测中的应用

利用太赫兹波谱技术对名贵中药冬虫夏草及其常见伪品进行太赫兹波谱检测、反射式切片成像及分析,得到冬虫夏草正品及其常见伪品的太赫兹图谱特征.结果表明,冬虫夏草4种正品在1. 10 THz和1. 13 THz频段均具有特征吸收峰,在0. 5～1. 5 THz频段,其折射率分布于[1. 55,1. 63].常见伪品地蚕在太赫兹频段没有特征吸收峰,其折射率与冬虫夏草正品差距较大(> 12%),可作为重要鉴别依据;另外两种常见伪品古力虫草和亚香棒虫草具有与正品相近的特征吸收峰,然而其折射率与正品有明显的差异(> 3%).冬虫夏草太赫兹反射成像时域切片图像表明,通过分析有效轮廓区域内相对信号强度的分布,可有效评估各自结构特点,为鉴别冬虫夏草真伪提供了新方法.

基于太赫兹光谱分析技术的肉类鉴别

利用太赫兹时域光谱仪,获取和分析不同来源及品种肉质冻干及压片后的太赫兹光谱参数信息,从而实现不同肉类组织之间的鉴别。研究表明,含水量差距较大的新鲜肉组织,可直接通过太赫兹时域/频域信号的强度差异进行快速判别;含水量相近的不同肉类,通过定性分析冻干样品在0.6~1.4 THz波段上的吸收系数、折射率、介电常数虚部和介质损耗角正切等多维光谱参数,采用主成分分析-支持向量机可实现不同肉类之间的准确判别。研究结果展示了太赫兹光谱分析技术在不同组织、不同品种及同品种不同品牌肉类鉴别上的可行性,为在肉类掺假打击等实际应用场景中提供了理论基础和实验依据。

1550 nm激光激发的紧凑型太赫兹时域光谱仪

为开发紧凑、轻质量、高稳定度的光纤耦合太赫兹时域光谱仪(THz-TDS),从色散补偿、非线性效应、偏振效应、天线参数等方面对基于1550nm波长的光纤飞秒激光器激发的太赫兹时域光谱系统进行理论及实验研究。结果显示,光纤耦合的光谱仪光谱带宽可达4.5 THz,动态范围达70 dB,质量12.3 kg,光路模块体积250 mm×90 mm×50 mm。进一步测试机械振动及环境温度对仪器的影响,在一定范围内,仪器具有较高的鲁棒性,可适应工业产业应用需求。