《无损检测 太赫兹时域光谱检测和评价方法》团标征求意见
- 2021/12/18 11:19:13 22167
- 来源：仪表网
【仪表网 仪表标准】由中国材料与试验团体标准委员会无损检测技术及设备领域委员会(CSTM/FC94)归口承担的《无损检测太赫兹时域光谱检测和评价方法》团体标准已完成征求意见稿，按照《中关村材料试验技术联盟团体标准管理办法》的有关规定，现公开广泛征求意见。
太赫兹时域光谱无损检测技术在航空航天领域应用前景广泛。不仅应用于航天飞机机体上的疲劳检查、隐患排查，还可以应用于复合材料、陶瓷材料、塑料材料等非金属材料的检测工作。此外，在建筑物内的墙和地板的检测，瓷砖和纸张等产品的生产检测以及印刷电路板的脱层、密封性检测等领域，太赫兹时域光谱无损检测技术同样有着广泛的应用前景。
在复合材料的太赫兹无损检测方面，国外较国内发展较快，国外在多种复合材料方面对太赫兹技术均有尝试，相关研究单位联合建立了THz光谱数据库，拥有上万种材料的THz谱。而国内太赫兹发展起步较晚，在复合材料太赫兹无损检测方面大多处在实验室验证或工程测试阶段，核心设备均依赖国外进口。而且国内目前对太赫兹无损检测的研究主要靠检测样品进行的，缺乏有理论模型的研究工作。
太赫兹(THz)无损检测技术作为一种新兴的无损检测技术，较超声检测而言，无需使用耦合剂，为各种新型复合材料的无损检测提供了解决方案；较射线检测而言，THz波的能量仅有毫电子伏特量级，对人体没有伤害，符合无损检测绿色化的发展趋势；较激光错位散斑、红外无损检测而言，受检测环境影响较小，适用于各种恶劣的检测环境；较涡流等电磁检测而言，THz波可穿透非极性材料，为非极性材料无损检测提供了新思路。
本标准参照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准起草单位：中国特种设备检测研究院，长春理工大学，硕德(北京)科技有限公司，成都神龙爵光电科技有限公司。
本标准主要包括：规定了使用太赫兹时域光谱对非金属材料进行无损检测的术语、原理、检测要求、检测系统、检测工艺、数据处理、检测记录和试验报告等。
基本原理：
太赫兹波在某些物质中会被色散和吸收效应调制，当被检测对象存在缺陷时，太赫兹波透过检测对象时其幅值和相位会发生异常变化；因此通过检测太赫兹波的幅值和相位可反应被检对象的缺陷。
太赫兹时域光谱技术是利用飞秒激光脉冲入射到光导天线上激发出载流子，载流子在外加电场的作用下发生定向运动并辐射出包含多个太赫兹频域信号的脉冲式电磁波；通过测量太赫兹电场强度随时间的变化曲线，并对时域曲线进行傅里叶变换，可计算出太赫兹频域强度及相位信息。当被测材料中出现孔洞、脱粘、夹杂等缺陷，接收太赫兹光谱中会出现相位和时间信息的不同，通过对接收的信号进行成像、特征识别等分析方法，鉴别材料的质量问题，并定性、定量分析缺陷。
通用检测工艺规程：
开展太赫兹时域光谱检测的单位应制定通用检测工艺规程，其内容至少应包括如下要素：a) 实用范围；b) 引用的标准、法规；c) 检验人员资格要求；d)检测设备；e) 试块要求；f) 参数设置；g) 检测对象；h) 检测方法和步骤；i) 数据处理方法；j) 检测结果的评价；k) 检测人员、日期；l) 其他注意事项；m) 检测记录、报告和资料存档；n) 编制、审核和批准人员；o) 编制日期。
检测方法：
1.检测准备
选择检测镜头。应根据被检对象厚度选择合适焦距的检测镜头。例：1英寸镜头适用于厚度小于10mm受检件；3英寸镜头适用于厚度d∈(10，50)mm受检件；6英寸镜头适用于厚度d∈(50,110)mm受检件。
选择扫描装置。应根据被检对象结构选择扫描装置，分别为二维扫描装置和智能机器人化扫描装置。a) 当样件表面为平面或满足曲率小于2°时，选择二维移动导轨带动太赫兹镜头对样件进行扫描成像；b) 当样件结构曲率大于2°时，为了满足测量精度，选择机械臂配合太赫兹镜头对样件进行三维化测量。其中，移动式升降台主要用于太赫兹时域光谱机器人化无损检测系统的搭载。微调装置用于调节镜头与样件间的位移，保证样件处于镜头的焦距处。
系统校验。登记必要的信息，例如，被检测物体的名称、编号、材料、结构等，必要时，应留存照片。
2.检测实施
对焦。利用微调装置调节镜头与被检测物体之间位置，保证被检测物体处于镜头焦距范围内，使得太赫兹时域信号峰峰值最大，频域信号能量值最大。当需要改变工作距离或是更换镜头时，应重新进行对焦。
设置检测时窗。使用反射式检测试件时，保证试件上、下表面时域信息完全包含在检测时窗中，若试件较厚，检测时窗不能包含全部信息，可分两次检测试件或者调整检测时窗范围。
设置系统参数。太赫兹时域光谱技术检测的参数设置应考虑被检物大小、检测效率以及缺陷的几何特性。受检件若为粘接结构复合材料或者其他复杂情况下，应使用参考试件来建立合适的检测参数。
(1)被检物尺寸较大、允许缺陷尺寸指标较低时，建议采用较大步距先对材料进行粗检，发现异常区域后，对局部区域进行较小步距精检。
(2)太赫兹时域光谱技术检测效率受设置的检测步距影响，设置较大步距，检测效率高，但同时降低了检测精度，对缺陷识别尺寸精度较低；反之，设置检测较小步距，检测精度提高，检测效率降低。
(3)对于尺寸小、较难识别的缺陷，建议设置较小步距对样件进行检测。
本标准适用于对太赫兹具有一定透射性的材料的自身缺陷、粘接缺陷等的检测、定性判断及定量分析。检测对象一般为非极性材料，如：陶瓷材料、塑料材料、层压结构复合材料、蜂窝结构复合材料等。
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