太赫兹无损检测在文物保护领域的研究进展

为更好地设计基于不同材料、不同制作工艺文物的最佳保护方案,文物保护科技人员首先需要选用最有效的无损检测方法对文物进行全面检测。太赫兹波具有光子能量低、对非金属和非极性物质有较强穿透性、可同时获得脉冲电场振幅和相位信息、较好的抗干扰能力等独特性质,使其在诸多无损检测方法中脱颖而出。本文系统综述了太赫兹技术在文物无损检测应用中的最新研究进展;阐述了不同类型文物材料的太赫兹光谱特征、太赫兹成像检测技术原理和特点;指出了太赫兹无损检测技术对不同类型文物进行无损检测的技术关键点,列举了太赫兹技术在文物科学领域最成功和最具代表性的应用实例。最后展望了太赫兹无损检测技术在文物保护领域的发展趋势。     

太赫兹成像技术在无损检测中的实验研究

太赫兹成像是一种新兴技术,为了将其应用在无损检测领域,提出了一种基于连续扫描的新型太赫兹成像系统.通过对隐藏的硬币和带小孔的金属板等样品进行检测,得到了清晰的图像.实验结果表明通过本成像系统可以对隐藏的金属样品进行鉴别,其空间分辨率低于0.5 mm.因而本系统可以成功地应用于无损检测.     

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。     

隔热板的太赫兹无损检测

为了研究太赫兹无损检测技术对复合材料与金属板黏合面粘接质量的检测能力,在隔热板上制造了不同特征的人工缺陷,并使用德国SynViewScan 300连续太赫兹波成像系统对样件进行了检测。结果表明,太赫兹波能够穿透复合材料,并获得复合材料与金属板的黏合面处的2维太赫兹图像,从图像中能够清晰地分辨出不同特征的缺陷。该研究结果为检测复合材料黏合质量及脱黏状况提供了有效的办法。     

太赫兹检测技术在炸药检测中的应用

介绍了太赫兹辐射光谱技术与成像技术在炸药相关检测领域的几个实际应用方向：太赫兹辐射对炸药所处的状态非常敏感,温度的不同和晶型的不同都会在太赫兹光谱中有所反映,不同晶向的炸药样品吸收特征也有所差别,可用于炸药精细结构的检测分析;利用太赫兹时域光谱装置测量各种单质化合物的光谱,再采用线性回归技术,对测量的混合化合物太赫兹谱进行分析,能得到混合材料的成分和相对含量,可用于研究混合炸药在不同状态下的表面组分变化情况;利用水分子对太赫兹辐射强烈的吸收特性,能够有效地对库存炸药表面水分布的变化情况进行无损检测与评价。这些研究方向可有效地应用于炸药的无损检测当中,为炸药状态的无损评价提供新的思路与方法。     

太赫兹复合材料无损检测技术及其应用

随着材料科学的迅速发展,复合材料、高分子材料在航空航天领域得到了广泛应用。由于这些材料的特殊性质,现有的较为成熟的探伤手段都不能有效对其进行检测。但对于太赫兹波来说,许多非极性、非金属材料都是半透明,可以有效探测到这些材料的内部缺陷。本文简要介绍了太赫兹的性质及太赫兹无损探伤原理,并以航天领域应用较广的几种复合材料为例对太赫兹无损检测应用做了简介。     

基于小波变换的太赫兹数字全息再现像去噪研究

太赫兹数字全息是当今太赫兹成像领域的研究热点之一。以真实连续太赫兹同轴数字全息再现像作为研究对象,进行了基于小波变换的去噪研究。选用bior2.2和sym4两种小波基,分别采用硬阈值和软阈值方式,对全息再现图像进行小波阈值去噪和基于小波的同态滤波处理,然后定量分析去噪结果。实验结果证明,对连续太赫兹同轴数字全息系统记录的再现像,采用bior2.2小波基的基于小波软阈值去噪的同态滤波,对太赫兹同轴数字全息再现图的去噪效果最好。     

太赫兹时域光谱技术检测复合材料与金属的脱粘缺陷

基于太赫兹时域光谱技术,提出应用太赫兹脉冲成像技术检测胶接结构中的脱粘缺陷,研究泡沫材料PMI与钢板胶接结构脱粘缺陷的检测.实验采用反射模式,分别对粘合部分与脱粘部分进行数据测试,对比分析发现数据在时域和频域范围均有明显区别.对待测样品进行二维扫描,应用太赫兹时域信号的时间位置幅值、最大值、延迟时间和频域信号不同频点的幅值、所有频点幅值叠加值对待测样品进行成像.研究结果表明基于太赫兹时域光谱技术的太赫兹脉冲成像技术能够检测出泡沫材料PMI与钢板胶接结构的脱粘缺陷;应用太赫兹时域信号的时间位置幅值、最大值、延迟时间和频域信号不同频点的幅值、所有频点幅值叠加值进行成像的结果,均可以分辨出样品的脱粘缺陷;不同的数据信息的成像效果不同.     

纤维增强复合材料太赫兹成像无损检测

利用太赫兹时域光谱成像技术检测了内含缺陷的玻璃纤维与碳纤维增强复合材料,获得了材料内部缺陷的太赫兹透射图像,从而实现对复合材料样本的无损检测。实验结果表明,太赫兹透射成像技术可检测出多层玻璃纤维复合材料的层间缺陷。但该技术对于碳纤维复合材料中缺陷的检测能力有限,主要是因为碳纤维具有导电特性,导致太赫兹信号对其穿透能力有限。通过对成像模式的调节,太赫兹无损检测技术可对碳纤维材料内部深度约为0.2 mm、宽度为10 mm的缺陷进行成像检测。这为发展准确、灵敏、高效的纤维增强复合材料太赫兹无损检测技术提供了基础实验数据。     

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。     

基于小波变换的爆炸物太赫兹光谱降噪分析

采用太赫兹时域光谱技术(terahenz time-domain spectroscopy,THz-TDs)对钝感RDX(黑索金)和HMX(奥克托金)炸药在0～2.5 THz频段的太赫兹吸收光谱进行了探测.得到了待测样晶的太赫兹吸收光谱,确定了其特征吸收峰的位置,与其他研究机构所测吸收谱进行了对比分析.结果表明,利用太...     

主动太赫兹成像中的多目标分割与检测识别方法

针对主动太赫兹成像中存在的图像品质差以及藏匿物品类别多样、训练样本稀缺且类别不平衡等问题,提出了基于用条件生成对抗网络构建的Mask-CGANs模型的目标分割网络和基于RetinaNet的目标检测识别网络,实现了太赫兹图像中藏匿物品的多目标分割和检测识别。针对分割任务提出的约束损失函数和网络结构,使模型在召回率和虚警率之间达到平衡且降低了对训练样本规模的要求。针对检测任务采用的损失函数提高了训练样本不平衡条件下的检测精度。     

基于光学设计软件的太赫兹面阵成像系统性能分析

太赫兹成像是太赫兹技术的重要发展方向,其中具备实时成像能力的面阵成像系统引起了广泛的研究兴趣。在成像系统的设计中需要尽可能地减小能量损耗,由于离轴抛物面镜具有较小的能量损耗,且便于系统设计,因此在太赫兹成像系统的设计中常被用到。但离轴抛物面镜的引入会带来一定的畸变以及装调困难。利用光学设计软件ZEMAX,对一种具有离轴抛物面镜的太赫兹面阵成像系统进行了成像性能分析,特别研究了接收部分中离轴抛物面镜装调误差对成像质量的影响。仿真结果表明,理想情况下,系统分辨率约为0.5 mm且网格畸变只有0.069%;该系统容许光学接收部分的离轴抛物面镜最大倾斜角1.1°,最大偏心距6.5 mm。     

太赫兹空气相干探测技术研究进展

太赫兹空气相干探测技术是一种宽带太赫兹探测技术。由于探测带宽仅受到探测激光脉冲宽度的影响,该技术的响应范围能够达到几十太赫兹,因此在实验上研发成功之后便成为了太赫兹技术领域一项重要的探测技术。详细介绍了太赫兹空气相干探测技术的实验原理和实验光路,总结了该技术最近几年的研究进展及改进措施,并对其探测性能和使用特点进行了分析与讨论。该研究可对初步使用太赫兹空气相干探测技术起到很好的参考作用。     

Mural Defects Detection with Enhanced Terahertz Images

In mausoleum murals, existing bubbles are one kind of the most harmful defects for the repair and protection of relics. For this reason, it is necessary to detect bubbles, especially the ones with small size. A method to detect the small bubbles with enhanced terahertz (THz) images is proposed. To simulate the bubbles in the mausoleum murals, circular grooves have been hidden in the plaster and then measured by the THz reflected time domain spectroscopy imaging system. To observe the small bubbles in murals, a comprehensive enhancement algorithm is adopted to process the obtained THz images. With the enhanced method, the circular grooves in the murals can be observed clearly, even for the circular groove with a diameter of 1.5 mm. The results indicate that the proposed comprehensive method can be used to detect the tiny defects of murals.     

太赫兹探测技术在遥感应用中的研究进展

近年来,世界各国都对太赫兹科学给予了很大的关注,相应的太赫兹辐射源和探测器的研究和发展速度加快,太赫兹技术应用也取得了实质的进展,特别是太赫兹波在空间天文观测和大气遥感中的应用。介绍了近些年发展起来的几种探测太赫兹电磁波的新技术及目前发射或建立的多种亚毫米波、太赫兹波探测系统在天文观测和大气遥感中的具体应用,显示了太赫兹波探测技术在遥感领域中的巨大应用前景。     

路面结构的无损检测技术研究

针对路面结构内部经常出现的裂纹、松散、空调、离析等缺陷，提出了一种利用瞬态表面波频谱分析法无损检测路面结构质量的基本原理和检测方法。它对于各类路面结构质量评定具有较高的工程实用价值。     

连续太赫兹反射扫描成像分辨率测量实验研究

图像空间分辨率是太赫兹(THz)成像系统的重要技术参数。为了测量系统的分辨率特性,仿照ISO12233标准制作了星形分辨率测试卡。通过对测试卡进行成像,将成像结果进行简单的处理即可获得系统在不同方向上对不同空间频率方波的响应曲线,从而测得系统的调制传递函数。利用自制的分辨率测试卡在已建立的THz点扫描反射成像系统上进行了实验研究,对系统的分辨率特性进行了测量及分析。最终测得该系统的分辨率为1.273 lp/mm,对应的线宽为0.393 mm,测量结果与刀口法所得结果较为一致。分析表明,利用星形分辨率测试卡能够方便地对系统的分辨率特性进行测量分析,直观、准确地得出系统的分辨率上限。     

BWO连续太赫兹波成像检测

返波管（BWO）连续太赫兹波成像方法是一种新的无损检测方法。实验过程中把样品放在X-Z二维电控平移台上进行扫描成像,透过样品的太赫兹波强度信息由热释电探测器接收,再经由电脑成像。该文给出了应用0.71 THz的连续太赫兹波对打孔铝板、公交卡、校园卡的内部结构和对隐藏在信封内硬币等物体和信封内纸片上的铅字迹的成像实验研究事例,并且测知该系统能够分辨出最小直径为1.5 mm的小孔。并且对成像图像进行了数字图像处理,结论表明,优化处理后的图像更加直观明显,提高了连续波成像的应用能力。揭示了BWO连续太赫兹波成像系统在无损检测和安检领域是实际有效的。     

Application of Terahertz Technology for Neuroscience

Brain is the most complex organ of human beings. The complete understanding of human brains' functions is an ongoing challenge for neuroscience. Although there are many techniques used for brain research, neuroscientists, physicists, and engineers are still exploring other access of research for applications. Terahertz (THz) spectroscopy and imaging may create such a space for brain research. THz spectroscopic technique, which is a novel medical imaging modality, attracts attention of biomedical applications due to its unique features including non-invasive, non-ionizing, and high sensitivity to biomolecules and tissues. In this article, we introduce our recent investigations on neuroscience using THz techniques, meanwhile, introduce other's work in this field. Our and others' investigations indicate that the THz spectroscopy and imaging technique can be useful for diagnosing brain tumors and neurodegenerative diseases. THz spectroscopy and imaging has the potential to become real-time in vivo diagnostic methods.