太赫兹时域光谱技术的玻璃纤维复合材料缺陷检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太赫兹无损检测领域，尤其是基于太赫兹时域光谱技术的玻璃纤维复合材料缺陷检测方法。
【背景技术】
[0002]复合材料是由两种或多种元素组成的材料，其有效地改善了原材料本身存在的强度低和抗疲劳性低等物理特性，且克服金属材料不耐腐蚀等不足，代替了金属压力容器和压力管道。通常来说，复合材料表面硬度和强度都比金属材料低，以冲击损伤为例，金属材料依靠冲击部位的某些塑性变形来吸收外界的冲击力，而复合材料依靠的是材料的弹性变形和损伤破坏来吸收能量，其损伤模式要更为复杂，具体表现在冲击后可能同时产生多种缺陷，如分层，划伤，纤维断裂等。传统的复合材料无损检测多采用超声波检测方法，但是操作过程复杂、缺陷定位不够准确。因此，有必要寻求一种操作简单、缺陷检测效果明显的方法来解决复合材料安全检测问题。
[0003]太赫兹时域光谱(Terahertztime-domain spectroscopy，简称 THz-TDS)技术是基于超快激光技术的远红外波段光谱测量新技术，利用物质对THz辐射的特征吸收分析物质成分、结构等信息。太赫兹波的频率范围为0.1THz到ΙΟΤΗζ，波长为0.3mm，在电磁波谱中位于微波与红外波段之间。THz-TDS技术是近年来发展较为迅速的无损检测技术，其对大多数非极性物质都呈透明性质，且具有穿透能力强、光子能量低、可进行时间分辨的光谱测量等特性。基于太赫兹光谱的优点，该技术在复合材料无损检测领域具有广泛的应用前景。利用太赫兹成像的复合材料缺陷检测方法相对较少。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的不足，提供了一种太赫兹时域光谱技术的玻璃纤维复合材料缺陷检测方法。
[0005]本发明太赫兹时域光谱技术的玻璃纤维复合材料缺陷检测方法，包括以下步骤:
[0006](I)在室温下条件下，太赫兹光路罩在充有氮气的箱体内，箱体内相对湿度为4.0%以下，将切割好的玻璃纤维样品置于样品架上，在信噪比为1000dB，谱分辨率超过40GHz的条件下，太赫兹波探头以0.1mm/次?Imm/次的步进对样品进行扫查，得到样品每个扫查点的太赫兹时域透射脉冲。
[0007](2)对步骤(I)得到的时域透射脉冲数据进行分析，得到样品每个扫查点的时域透射脉冲幅值I1，对所有的样品时域脉冲幅值^进行比较，得到样品时域脉冲幅值的最大值 Imax= max (I !, I2, I3 …In)和最小值 Imin= min(I 1; I2, I3 …In), N 为自然数。
[0008](3)利用步骤(2)得到的每一样品点上的脉冲幅值I1，设定1_对应灰度值为Gray(Inin) = 0，Iniax对应灰度值Gray (I _) = 255，则样品点i对应的图像灰度值为:
[0009]Gray (I1) = 255*/ (Inax-1nin)
[0010]计算所有样品点对应的图像灰度值，最终生成样品的灰度图。
[0011]有益效果:采用透射式太赫兹时域光谱系统对复合材料进行检测，提取时域光谱数据，无需得到频域数据，操作流程简单，数据获取方便。同时使用图像处理的方法，通过一维的数据得到二维图像，提高了复合材料缺陷检测的精度，以及降低了对复合材料检测的难度。为玻璃纤维复合材料缺陷检测提供一种新的尝试，为现有无损检测技术难题提供一些参考，提高玻璃纤维复合材料的使用安全，为玻璃纤维复合材料缺陷检测提供多一种选择。
【附图说明】
[0012]图1为现有的太赫兹时域光谱系统结构图；
[0013]图2为实施例中A、B点的太赫兹脉冲；
[0014]图3为玻璃纤维样品的光学图示；
[0015]图4为本发明的成像结果。
【具体实施方式】
[0016]太赫兹时域光谱技术的玻璃纤维复合材料缺陷检测方法，包括以下步骤:
[0017](I)在室温下条件下，太赫兹光路罩在充有氮气的箱体内，箱体内相对湿度为4.0%以下，将切割好的玻璃纤维样品置于样品架上，在信噪比为1000dB，谱分辨率超过40GHz的条件下，太赫兹波探头以0.1mm/次?Imm/次的步进对样品进行扫查，得到样品每个扫查点的太赫兹时域透射脉冲。
[0018](2)对步骤(I)得到的时域透射脉冲数据进行分析，得到样品每个扫查点的时域透射脉冲幅值I1，对所有的样品时域脉冲幅值^进行比较，得到样品时域脉冲幅值的最大值 Imax= max (I !, I2, I3 …In)和最小值 Imin= min(I 1; I2, I3 …In), N 为自然数。
[0019](3)利用步骤(2)得到的每一样品点上的脉冲幅值I1，设定1_对应灰度值为Gray(Inin) = 0，Iniax对应灰度值Gray (I _) = 255，则样品点i对应的图像灰度值为:
[0020]Gray (I1) = 255*/ (Inax-1nin)
[0021]计算所有样品点对应的图像灰度值，最终生成样品的灰度图。
[0022]本发明所采用的是透射式太赫兹时域光谱系统，内部光路如附图1所示，由美国Coherent公司制造的钛蓝宝石飞秒激光器和美国Zomega公司研制的太赫兹系统组成。该系统核心部件是钛宝石飞秒脉冲激光器，中心波长为800nm，脉宽小于lOOfs，重复频率为80MHz，输出功率960mw。如图1所示为太赫兹时域光谱系统结构图，试验在室温下(约292K)进行，太赫兹光路罩在充有氮气的箱体内，箱内相对湿度为4.0%。在信号扫描过程中，实验系统的信噪比为1000dB，谱分辨率43GHz。
[0023]如图3所示的玻璃纤维夹杂金属缺陷样品的检测步骤如下:
[0024](I)将切割好的长X宽X高(mm) = 25X20X5玻璃纤维样品置于样品架上，太赫兹波探头以0.5mm/次的步进对样品进行扫查，得到样品每个扫查点的太赫兹时域透射脉冲。
[0025](2)对步骤⑴得到的时域透射脉冲数据进行分析，得到样品每个扫查点的时域透射脉冲幅值I1，对所有的样品时域脉冲幅值^进行比较，得到样品时域脉冲幅值的最大值I_= max (I 1; I2, I3…IN)和最小值I_= min(I 1; I2, I3…In)，N为自然数。如图2所示，为样品上任取两点A和B的太赫兹时域透射脉冲幅值IjP I B;
[0026](3)利用步骤(2)得到的每一样品点上的脉冲幅值I1，设定1_对应灰度值为Gray(Inin) = 0，Iniax对应灰度值Gray (I _) = 255，则样品点i对应的图像灰度值为:
[0027]Gray (I1) = 255*/ (Inax-1nin)
[0028]计算所有样品点对应的图像灰度值，最终生成样品的灰度图，如图4所示。
【主权项】
1.太赫兹时域光谱技术的玻璃纤维复合材料缺陷检测方法，包括以下步骤: (1)在室温下条件下，太赫兹光路罩在充有氮气的箱体内，箱体内相对湿度为4.0%以下，将切割好的玻璃纤维样品置于样品架上，在信噪比为1000dB，谱分辨率超过40GHz的条件下，太赫兹波探头以0.1mm/次?Imm/次的步进对样品进行扫查，得到样品每个扫查点的太赫兹时域透射脉冲； (2)对步骤(I)得到的时域透射脉冲数据进行分析，得到样品每个扫查点的时域透射脉冲幅值I1，对所有的样品时域脉冲幅值I1进行比较，得到样品时域脉冲幅值的最大值I _=max (I1, I2, I3…In)和最小值 Imin= min (I 1; I2, I3…In)，N 为自然数； (3)利用步骤(2)得到的每一样品点上的脉冲幅值I1，设定1_对应灰度值为Gray(Inin) = 0，Iniax对应灰度值Gray (I _) = 255，则样品点i对应的图像灰度值为: Gray(I1) = 255* (1-1nin) / (Inax-1nin) 计算所有样品点对应的图像灰度值，最终生成样品的灰度图。
【专利摘要】本发明公开了一种太赫兹时域光谱技术的玻璃纤维复合材料缺陷检测方法，该方法先用太赫兹波探头以0.1mm/次～1mm/次的步进对样品进行扫查，得到样品每个扫查点的太赫兹时域透射脉冲，对得到的时域透射脉冲数据进行分析，得到样品每个扫查点的时域透射脉冲幅值Ii，对所有的样品时域脉冲幅值Ii进行比较，得到样品时域脉冲幅值的最大值和最小值，将得到的每一样品点上的脉冲幅值Ii，设定Imin对应灰度值和Imax对应灰度值，求得样品点i对应的图像灰度值；计算所有样品点对应的图像灰度值，最终生成样品的灰度图。本发明采用透射式太赫兹时域光谱系统对复合材料进行检测，提取时域光谱数据，无需得到频域数据，操作流程简单，数据获取方便。
【IPC分类】G01N21/3586, G01N21/95, G01N21/3563
【公开号】CN105044016
【申请号】CN201510299254
【发明人】王强, 郭小弟, 谷小红, 廖晓玲
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月3日