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。     

聚乙烯材料厚度的太赫兹检测实验分析

在聚乙烯材料管道生产制造过程中,管道厚度精确测量是影响管道生产质量的一个重要技术问题.本文简述了使用太赫兹时域光谱首先对标准厚度样品的折射率进行测量,再使用其折射率对未知厚度样品进行厚度测量,通过测量在介质中某一点太赫兹时域波形图峰值时间差,建立厚度测量模型,实现对折射率的以及厚度的测量方法,根据实验对其检测精度以及影响因素进行分析得出此实验方法相对误差已达到2%以下,此精度已高于国标GB15558.1中4%的要求.     

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...     

太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术是最新的太赫兹技术,它基于宽波段太赫兹脉冲,可同时获得太赫兹波形的幅度和相位信息,在材料的远红外物性研究中有重要应用。本文涉及太赫兹时域光谱技术的基本特征、发射、探测技术和主要应用。     

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。     

毒品检测中的“新武器”——太赫兹技术

THz辐射是电磁波谱上新开发的最后一个频率窗口,具有独特的性质,在物理、化学、生物医学、通信、雷达、安全检查等各方面都有广阔的应用前景。由于许多毒品及其相关材料在THz波段具有特征吸收,许多非金属、非极性材料对THz波时透明的,且THz波具有低能性,THz技术在安检中具有巨大的应用潜力。本文重点介绍了THz时域光谱技术和成像技术在毒品检测和识别方面的研究应用,初步探讨了该技术在毒品识别领域应用中的可行性、有效性及今后的发展方向。     

太赫兹光谱成像龋齿检测

龋齿是一种广泛存在的慢性传染病,如果不及时采取治疗措施,可能会引发一系列口腔和人体健康问题,因此龋齿的早期筛查和治疗后的恢复跟踪诊疗非常重要.太赫兹电磁波对牙齿拥有较强的穿透性和非电离辐射,使其成为未来龋齿早筛的重要潜在手段之一.本文使用太赫兹时域光谱成像分析仪对含有龋病的牙齿切片进行了二维太赫兹脉冲透射扫描成像.实验结果表明：由于牙齿中不同组织对太赫兹脉冲的响应不同,该技术可有效对牙釉质、牙本质和牙釉质龋进行区分和检测;采用频域成像分析,也可对牙本质龋进行检测.太赫兹谱学成像技术可为龋齿早期筛查提供一种无电离辐射、非接触、高可靠性的新手段.     

葡萄糖溶液的太赫兹光谱观察

生物有机分子的生物功能必须在其水溶液中实现。太赫兹波对水非常敏感,太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术能够检测生物分子——水分子界面的集体水分子网络动力学变化,是检测和研究生物有机分子溶液的理想工具。本文利用太赫兹时域光谱技术研究了葡萄糖的分子结构,获得葡萄糖及其不同浓度的溶液在室温氮气环境下的太赫兹时域吸收光谱,以及在室温真空环境下的傅里叶远红外光谱(FTFIR)。结果表明葡萄糖溶液对太赫兹波有特征吸收峰,不同浓度的葡萄糖溶液对太赫兹波的吸收各不相同。故使用太赫兹时域光谱技术能够完成葡萄糖及其不同浓度溶液的鉴别。     

基于太赫兹时域光谱的胶层厚度均匀性检测

太赫兹波与不同的介质相互作用,探测器在不同的时间节点检测到携带介质信息的太赫兹时域波形,分析不同时域波形峰值点的飞行时间差,分别建立了透射式和反射式太赫兹无损检测单点厚度提取模型。在柔性装配过程中,一般有机硅胶的折射率难以提取,基于单点厚度提取模型,绘制了胶层空间分布三维形貌图,并提出了采用厚度均匀性标准偏差的方法评价胶层空间分布离散性。太赫兹时域光谱技术系统分析胶层厚度的均匀性,检测精度可达100μm,对保证胶层连接强度有重要意义。     

基于多特征联合的太赫兹药品检测方法

以药品为研究对象,利用太赫兹时域光谱系统对3种不同药品进行测量并提取折射率、介电常数和物质因子等多个特征参数,然后联合多个特征参数作为输入,采用后向传播(BP)神经网络、支持向量机(SVM)和学习矢量化(LVQ)3种机器学习方法分别对药品进行多特征联合检测分类识别。实验结果表明,多特征联合检测方法识别准确率能够达到95%以上,有效提高药品的检测分类准确度,可用于药品的检测和分类识别。     

基于AR功率谱和ZAM变换的FSK-BPSK复合信号参数估计

为了解决频率编码-二相编码(FSK-BPSK)复合调制信号参数估计精度低的问题,提出利用自回归(AR)模型功率谱估计联合ZAM(Zhao,Atlas,and Marks)变换的方法.首先,利用AR模型功率谱估计方法对信号相位不敏感的特点,对FSK-BPSK复合调制信号的跳频分量数以及跳频码元序列进行估计;然后,利用ZAM分布对相位变化极其敏感的特点,提取信号ZAM分布的各跳频频率下的截面,对相位编码的码元宽度和跳频码元宽度进行估计.仿真实验表明,在全频段信噪比不小于0 dB时,AR模型功率谱联合ZAM变换的方法能够精确地估计出该复合信号的各参数.     

基于频带间相关性的加权噪声功率谱估计

噪声功率谱估计是语音增强系统的一个重要组成部分。本文在加权噪声估计的基础上,考虑了带噪语音在相邻频带间的相关性,提出了一种新的噪声功率谱估计算法。该算法保留了加权噪声估计算法的优点,利用频域平滑及时域平滑后的带噪语音来求加权因子,能够更好地区分弱语音与噪声,尤其是对强语音后的弱语音与噪声区分更明显,从而具有更快的跟踪速度及更少的噪声过估计。客观实验和主观实验都证实了本文提出的算法的有效性。     

基于两次傅里叶变换的时域MUSIC波达方向估计

针对基于频域多重信号分类（MUSIC）的波达方向（DOA）估计方法在有效快拍数较少情况下的不稳定问题,提出了一种基于两次傅里叶变换的时域MUSIC波达方向估计方法。首先,通过傅里叶变换将各阵元接收数据转换为频域数据,并按扫描角度对各阵元数据进行相位补偿;然后,再通过傅里叶变换将补偿后的频域共轭数据转换为时域复解析数据,在时域构建相移后的协方差矩阵;最后利用特征分解求取具有正交特性的噪声子空间,获得扫描方位空间谱,实现对波达方向估计。数值仿真及实测数据处理结果均表明,相比频域MUSIC方法,在一次有效快拍条件下,所提方法可稳定获得具有正交特性的噪声子空间,实现对波达方向估计;稳定性得到了5 dB的改善,背景噪声级和旁瓣级得到了3 dB以上的改善,因此该方法可明显提高目标检测和方位估计性能。     

基于加权噪声的递归平滑噪声功率谱估计

提出了一种噪声功率谱估计算法,该算法对加权后的带噪语音进行递归平滑,可以持续更新噪声并可应用于非平稳噪声环境中。为了避免在强语音后的弱语音区域出现噪声过估计,本文提出了用于计算加权函数的投影平滑算法。本文噪声估计算法可以快速跟踪噪声的变化并且没有过估计。实验结果表明,本文噪声估计算法应用于一个语音增强系统时,取得了较小的噪声分段估计误差及较好的感知语音质量评价(PESQ)得分。     

基于太赫兹透射谱的土壤含水量测量

液体水是一种极性液体,对太赫兹波有很强的吸收。土壤含水量的细微变化,会影响透射太赫兹波的特性。建立了一种基于时域太赫兹透射谱的土壤含水量测量方法。提出了土壤太赫兹参数的概念,给出了土壤含水量的计算公式。利用太赫兹时域频谱系统,对土壤样品进行了大量的测量,初步给出了土壤太赫兹参数的数值。通过对比该方法与称重法得到的含水量,表明其准确可行。     

玻璃纤维复合材料孔隙的太赫兹光谱特性研究

探索太赫兹波和玻璃纤维复合材料孔隙缺陷的相互作用机理,分析在0.075和0.713 THz频率点时,孔隙率和太赫兹特征参数（折射率、消光系数和透射系数）之间的相互作用关系。实验结果表明：随着孔隙率增加,玻璃纤维复合材料密度降低,折射率呈递减趋势。在频率为0.075 THz时,基于瑞利散射理论,随着孔隙率增加,消光系数下降,透射系数上升;0.713 THz时,基于Mie散射理论,随着孔隙率增加,消光系数上升,透射系数下降。此外,孔隙形貌的复杂多变导致孔隙率与太赫兹特征参数之间存在非唯一对应关系,具有相同孔隙率的不同样本的太赫兹特征参数并不相同。     

应用小波变换的频谱边缘检测技术研究

频谱感知是认知无线电实现的首要步骤。作为分析奇异点和边缘检测的强大数学工具,小波变换被用于探测和估计局部频谱的不规则变化。针对小波变换实现频谱边缘检测的局限条件,提出一种带内非平稳变化,边界连续变化的频谱边缘检测方法。通过对原始频谱信号进行数据预处理和结果峰值变化特性分析,利用小波变换实现频段的边缘划分,最后进行仿真验证。仿真结果表明:本算法能够将带内不光滑且边界连续变化的频谱有效的划分成若干独立频段,从而实现信号频谱边缘检测。     

Optical and Dielectric Properties of Chalcogenide Glasses at Terahertz Frequencies

Terahertz time‐domain spectroscopy has been used to study the optical and dielectric properties of three chalcogenide glasses: Ge₃₀As₈Ga₂Se₆₀, Ge₃₅Ga₅Se₆₀, and Ge₁₀As₂₀S₇₀. The absorption coefficients α(ν), complex refractive index n(ν), and complex dielectric constants ?(ν) were measured in a frequency range from 0.3 THz to 1.5 THz. The measured real refractive indices were fitted using a Sellmeier equation. The results show that the Sellmeier equation fits well with the data throughout the frequency range and imply that the phonon modes of glasses vary with the glass compositions. The theory of far‐infrared absorption in amorphous materials is used to analyze the results and to understand the differences in THz absorption among the sample glasses.     

A HIGH RESOLUTION TIME DELAY ESTIMATION BASED ON THE MAXIMUM ENTROPY POWER SPECTRUM ESTIMATON

Multipath time delay estimation is constrained by the width of the signal correlation function when using correlation based methods. This paper obtains a high resolution time delay estimation by introducing Burg algorithm and Marple algorithm of the maximum entropy power spectral estimation to non-resolvable multipath time delay estimatoin. The principles, the performaces and the results of computer simulation are given.     

基于空频解耦的宽带DOA估计算法

宽带波达方向(DOA)估计是宽带阵列信号处理领域的热点问题,当宽带信号的距离分辨率与宽带孔径可比拟时,孔径渡越效应会成为影响宽带波达方向估计精确度的重要因素。基于宽带阵列信号在空域与频域间呈现线性耦合的特点,利用梯形变换进行解耦处理,并对解耦后数据相干积累进行 DOA估计。实验结果表明,通过对宽带孔径渡越效应的消除,宽带 DOA估计精确度显著提高。该算法具有较低的计算复杂度和较高的 DOA估计精确度,是一种有效的宽带 DOA估计算法。