小波图像融合在太赫兹无损检测中的应用

玻璃纤维增强复合材料被广泛应用于航天、航空及其他军民各领域,它在制备和使用过程中通常会出现多个缺陷。太赫兹时域光谱成像技术有望成为玻璃纤维增强复合材料无损检测的有力补充手段。在太赫兹时域光谱成像过程中,可以选取时域或频域波形中的不同参数来进行成像。对于不同的缺陷,能够有效地对其进行检测的参数是不一样的。采用基于小波分解的图像融合方法将多幅不同参数获取的太赫兹反射图像结合起来,得到一幅包含所有缺陷信息的新图像。研究表明,基于小波分解的图像融合方法在太赫兹无损检测中的应用,能够获取单一参数成像无法检测的缺陷信息,为复合材料太赫兹图像后期处理提供了新的技术方法。     

太赫兹技术用于关节软骨检测的研究进展

骨关节炎是主要由软骨组织损伤与退化引起的常见关节疾病,是影响人类健康的重大疾病之一,对于关节软骨组织早期病变的检测可以大大提高疾病的治愈率,然而相关的临床诊断技术尚未发现。近年来,太赫兹技术在医学领域日益受到关注。与传统方法相比,太赫兹辐射能量低,不会产生电离辐射,可高灵敏、无损伤地对生物组织进行成像检测,因此在关节软骨诊断方面具有较大的应用潜力。本文简要介绍了关节软骨的生理与病理情况以及目前关节软骨检测的主要方法,重点总结了太赫兹技术应用于关节软骨检测方面的相关研究工作,分别包括对动物与人类关节软骨的检测,探讨了太赫兹技术在关节软骨检测中所面临的挑战与未来研究展望。     

超宽带太赫兹时域光谱探测技术研究进展

太赫兹时域光谱(THz time-domain spectroscopy, THz-TDS)技术是一种非常有效的相干探测技术,具有信噪比高,探测带宽,可在室温下工作,可进行时间分辨测量等特点,广泛应用于材料、化学、生物、安检等领域。较早时期的THz-TDS系统受限于太赫兹辐射源的带宽和光谱探测手段,测量范围有限(<5 THz),较高频段的光谱信息无法得到。为了进一步扩大太赫兹时域光谱探测技术的应用范围,迫切需要发展超宽带(≥10 THz)的太赫兹时域光谱探测技术。本文回顾了太赫兹时域光谱探测技术的发展进程,综述了实现超宽带太赫兹时域光谱探测的主要技术方法,展示了不同测量方法的典型实验方案,同时总结了不同探测方法的优缺点,并追踪了主要研究小组的前沿成果以及最新的应用进展。     

改进式相位生成载波调制解调方法

在对调制方法、混频原理、调制深度取值等问题深入研究的基础上,为得到更高的抗干扰能力,结合相位生成载波调制解调技术与微分交叉相乘解调算法,引入除法运算,提出一种改进的相位生成载波解调算法,以抑制光强扰动对解调结果的影响,并与传统的微分交叉相乘解调算法在光源产生低频干扰时的解调效果对比,进行仿真实验.对比信号源分别为20 Hz与200 Hz时的解调效果,结果表明,在光源有1Hz低频扰动的情况下,在高频信号解调的结果中,改进的解调算法可以准确地实现对待测信号的解调,解调结果与传统方法相比具有更高的线性度.     

相位生成载波解调方法的研究

为了获得更高的线性度和更强的抗干扰能力,提出一种改进的相位生成载波解调算法.利用滤去直流量的干涉信号及其与基频相混频的信号来进行运算,将两路信号倍频后的差分结果与其相乘后的微分结果相除来实现对被测信号的解调.该方法可有效消除光源扰动和直流分量对解调结果的影响.仿真结果验证了改进解调算法的可行性及优势,与传统算法相比获得了更高的线性度和更强的抗干扰能力,并打破了基频混频只适用于小信号的局限性.搭建实验系统进行验证,结果表明改进算法的频率解调准确率较高,且强度响应一致性较好.     

高功率激光器MOPA相干合成系统分析

输出功率和光束质量一直以来都是高功率激光器的两大技术难点。本文采用并联主振荡-功率放大(MOPA)相干合成方法来提高输出光束的功率和光束质量。建立多级MOPA相干合成系统模型,通过计算分析,得到耦合效率、合成效率对合成功率密度及系统输出功率大小的影响;并对模型略加扩充,得到相位偏差对相干合成功率密度的影响,为高功率激光器的设计提供依据。     

环氧树脂胶的太赫兹光谱特性研究

环氧树脂是纤维增强复合材料加工中的一种重要的胶粘剂,太赫兹时域光谱技术已成为纤维增强复合材料无损检测的有力补充手段。固化温度是环氧树脂的重要参数之一,不同的固化温度会影响环氧树脂胶的性能,因此采用太赫兹时域光谱技术分别对室温和高温下固化的环氧树脂胶的太赫兹透射光谱特性进行了系统研究,计算得到了不同温度下固化的环氧树脂胶的折射率和吸收系数,并进行了对比分析。研究表明,由于室温下固化的环氧树脂样本基本没有气泡,而高温下固化的样本存在微量气泡,气泡的存在降低了样品的密度,因此室温下固化的环氧树脂胶样品的折射率和吸收系数均大于高温下固化的样品。在同种固化条件下制备的不同样品间折射率差别较小,同时,室温下固化不同样品间的吸收系数差别亦较小,但高温下固化样品间的吸收系数在0.6～1.5 THz差别逐渐变大,这主要是因为高温下制备的不同样本间的气泡分布不均匀,即密度分布存在差异。室温和高温下固化样品的吸收系数在整体上均随着频率的增加而增加,并且没有明显的吸收峰。此外,由于法布里-珀罗干涉效应的存在,导致有些厚环氧树脂样本的能量透过率在共振峰处要远大于薄样本。该研究对纤维增强复合材料的太赫兹无损检测具有重要的研究意义。     

特种工程塑料太赫兹光学参数测量及误差分析

以聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)及其玻璃纤维增强材料(PPS-GF30,PEI-GF30)为样品,获得了在太赫兹频段的光谱特性。首先,利用太赫兹时域光谱系统,在透射模式下,测试了四种材料在自由空间的时域信号。然后,根据提取光学参数的物理模型及菲涅尔透射公式计算材料的折射率及消光系数,同时对物理模型和菲涅耳公式解析法仿真,保障了实验测试和算法的合理性与可靠性。最后,依据误差传输理论计算了由主要因素决定的光学参数误差。在样品各自的太赫兹有效频段,实验显示： PPS： n=1.889~1.945(误差0.003~0.012),κ=0.001~0.047、(误差0.000 1~0.002 6),PPS-GF30： n=1.654~1.672(误差0.003~0.004),κ=0.002~0.057(误差0.000 1~0.002 8),PEI： n=1.713~1.733(误差0.002~0.012),κ=0.005~0.035(误差0.000 1~0.003 0),PEI-GF30： n=1.688~1.732(误差0.003~0.004),κ=0.036~0.068(误差0.000 2~0.002 6)。结果表明： 作为太赫兹超材料器件的基底,PPS适合低频,PEI适合高频,玻璃纤维增强的PPS,PEI相比纯样品,不仅力学性能得到改善,并有利于信号探测,而且在有效频段的高频部分,探测灵敏度更强。研究提供了PPS,PEI及其玻璃纤维增强材料在太赫兹频段的基础参数,为太赫兹领域超材料器件的研究提供了重要参考。     

相位敏感光时域反射系统的时钟同源I/Q解调方法

提出一种基于时钟同源I/Q解调的相位敏感光时域反射系统解调方法.分析了调制信号与混频信号非同源不一致对解调结果的影响,采用声光调制器调制信号、斩波信号与I/Q混频信号时钟同源的方法以消除残余频率的影响.实验采用双压电陶瓷作为扰动源,通过I/Q解调实时获得后向瑞利散射光幅值和相位,进而实现扰动的定位和还原.实验结果表明,该系统能有效地探测到5km和9km处的正弦扰动,定位信号信噪比分别达17.8dB和16dB,相位解调结果准确还原正弦扰动,与正弦曲线的拟合系数分别为0.994和0.991,均方根误差分别为0.116和0.141.实验进一步验证了该方法能够测得不同扰动幅度下的相位正弦变化曲线,并能准确得到不同扰动频率,且扰动位置处相位变化幅度与扰动强度具有良好的线性关系,线性拟合系数达0.992,均方根误差为0.499,均优于非同源解调结果.     

用于干涉型光纤传感系统的相似性解调方法

基于扫频激光器和马赫-增德尔干涉结构的光纤传感系统,针对扫频激光器的频率步进不够精细导致干涉臂长差解调结果不精确的问题,提出了一种相似性解调方法.该方法通过在频率步进范围内进一步细分,构造相应细分值的模拟函数,与采集到的干涉信号进行相似性对比,相似性最大时所对应的模拟干涉臂长差即为精确结果,并通过仿真与实验验证了该方法的可行性.实验表明该系统中干涉臂长差的解调范围为2~17 mm,该范围内解调结果最小分辨率为1μm,可以达到测试量程万分之一的分辨率,且抗干扰能力强、精度高,可实现信噪比大于6.87 d B时信号的解调.根据解调原理,在不强调实时性的应用中,可以通过提高细分的精细度,进一步提高系统分辨率.