利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置，该装置用于在不损坏层状绝缘材料的情况下对其内部的缺陷进行检测。利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置包括：太赫兹发射源、两个透镜、太赫兹探测器、二维扫描装置和成像处理装置，太赫兹发射源用于发射连续调频太赫兹波，两个透镜用于将太赫兹发射源发射的太赫兹波会聚至待测样品的表面，在待测样品表面反射后的太赫兹波再次经过两个透镜后由太赫兹探测器接收并与其内部的本振信号混频后得到一中频信号，二维扫描装置控制太赫兹发射源在距离待测样品表面的一设定距离处对待测样品的表面进行扫描。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及利用太赫兹波进行无损检测这一
，具体而言，涉及一种利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置。
技术介绍
随着科技的发展，越来越多的绝缘材料被应用于航空航天、高压电力输运等关乎国家安全和民生的大工程中。该类材料的质量关乎整套大系统的可靠运行，但是，由于制造工艺的原因，这类材料内部往往会存在或多或少的气泡或其他缺陷，从而影响了材料的性能并造成安全隐患。对于层状绝缘材料内部的缺陷检测，特别是航空航天等关键领域，现行的X射线技术对于薄层状材料对比度差，同时对使用人员存在一定程度的辐射伤害；红外技术对大部分绝缘材料无法穿透，无法检测内部缺陷；热波技术不适用于绝热材料；微波技术由于波长的衍射极限限制，只适合检出厘米级大小的缺陷，而通常大部分绝缘材料中的缺陷在毫米量级，无法满足要求；超声扫描成像技术能够检出缺陷，但是必须将样品放置在耦合剂中，例如放置在水中，并且对于比较柔软的绝缘材料，耦合效率低。近年来发展的三维太赫兹成像技术有飞行时间成像、计算机辅助层析成像、衍射层析成像、菲涅耳透镜成像、全息成像和调频连续波反射成像等方法。飞行时间成像可以给出物体表面形貌或不同层面的三维结构，但它无法显示物体内部非层状的结构分布。计算机辅助层析成像中，太赫兹波焦点的直径需要小于层析成像所要求的空间分辨率，而其焦深需要大于被成像物体的尺寸，且计算机辅助层析成像无法对金属等材料进行透视研究。衍射层析成像中，低频区域的像的空间频率较低，而在高频区成像使用的太赫兹波信噪比较低，所以在低频区和高频区都存在质量较差的问题。菲涅耳透镜三维成像的横向分辨率受成像系统的衍射限制，纵向分辨率受载波的光谱分辨率的限制；另外，待测物体的两个物平面的间距大于成像系统的景深，才能使得各自的像不发生互相干扰，因此，成像质量也受成像系统的景深的影响。三维全息术不能对很复杂的目标成像，也不能提取物体的光谱信息，在任何情况下它都不能提供重建目标的准确的折射率数据。
技术实现思路
本技术提供一种利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置，以在不损坏层状绝缘材料的情况下对其内部的缺陷进行检测。为了达到上述目的，本技术提供了一种利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置，包括：太赫兹发射源、两个透镜、太赫兹探测器、二维扫描装置和成像处理装置，其中：所述太赫兹发射源用于发射频率范围在325GHz～500GHz之间变化的连续调频太赫兹波，所述太赫兹发射源发射的太赫兹波由325GHz变化至500GHz的周期为ts；两个透镜均为准直透镜并且平行设置在所述太赫兹发射源与一待测样品之间，用于将所述太赫兹发射源发射的太赫兹波会聚至所述待测样品的表面，太赫兹波在所述待测样品表面发生发射；所述太赫兹探测器设置在所述太赫兹发射源的下端，其内部具有一频率为定值的本振信号，在所述待测样品表面反射后的太赫兹波再次经过两个透镜后由所述太赫兹探测器接收并与其内部的本振信号混频后得到一中频信号；所述二维扫描装置用于控制所述太赫兹发射源在距离待测样品表面的一设定距离处以设定的扫描精度对所述待测样品的表面进行扫描，所述二维扫描装置在每一扫描位置处停留的时间为Nts,其中N为大于等于1的整数，所述二维扫描装置定义与所述待测样品表面平行的表面为x-y平面以及定义与x-y平面垂直的方向为z方向；所述成像处理装置与所述太赫兹探测器连接，所述成像处理装置用于接收所述中频信号并对其进行处理，以得到对应其中一个扫描位置的一维成像数组，当所述二维扫描装置控制所述太赫兹发射源遍历所述待测样品表面的所有扫描位置之后，得到的多个一维成像数组构成一三维成像数据阵列，所述成像处理装置根据该三维成像数据阵列输出与该待测样品对应的x-y方向成像图、x-z方向成像图和y-z方向成像图。在本技术的一实施例中，所述待测样品为层状绝缘材料。在本技术的一实施例中，所述二维扫描装置的扫描精度为0.5mm。在本技术的一实施例中，ts为240微秒。在本技术的一实施例中，N的值为50～300。在本技术的一实施例中，本振信号的频率为13.530GHz～20.822GHz。在本技术的一实施例中，本振信号的频率为10.833GHz～16.667GHz。本技术提供的利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置通过对比太赫兹波强度和相位信息，重构缺陷在材料中的大小、位置和深度，非常适合检测绝缘材料内部的缺陷，能够以非接触方式并在不破坏、不拆卸、不关机的情况下检测绝缘层内部是否存在气泡缺陷，对进一步评估材料质量对整体系统安全性的影响提供方法和数据支持。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术提供的利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置的结构示意图；图2a～图2d为本技术一实施例的待测样品不同深度处的x-y方向成像图。附图标记说明：1-太赫兹发射源；2-透镜；3-太赫兹探测器；4-二维扫描装置；5-成像处理装置；6-待测样品；具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。图1为本技术提供的利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置的结构示意图，如图所示，本技术提供的利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置包括：太赫兹发射源1、两个透镜2、太赫兹探测器3、二维扫描装置4和成像处理装置5，其中：太赫兹发射源1用于发射频率范围在325GHz～500GHz之间变化的连续调频太赫兹波，太赫兹发射源1发射的太赫兹波由325GHz变化至500GHz的周期为ts；两个透镜2均为准直透镜并且平行设置在太赫兹发射源1与一待测样品6之间，用于将太赫兹发射源1发射的太赫兹波会聚至待测样品6的表面(此时太赫兹波不经过太赫兹探测器3)，经过两个透镜2后的太赫兹波变为准直信号并且该准直信号与待测样品6垂直，太赫兹波在待测样品6表面发生发射；太赫兹探测器3设置在太赫兹发射源1的下端，其内部具有一频率为定值的本振信号，在待测样品6表面反射后的太赫兹波再次经过两个透镜2后由太赫兹探测器3接收并与其内部的本振信号混频后得到一中频信号；二维扫描装置4用于控制太赫兹发射源1在距离待测样品6表面的一设定距离处以设定的扫描精度对待测样品6的表面进行扫描，二维扫描装置4在每一扫描位置处停留的时间为Nts,其中N为大于等于1的整数，二维扫描装置4定义与待测样品6表面平行的表面为x-y平面以及定义与x-y平面垂直的方向为z方向；成像处理装置5与太赫兹探测器3连接，成像处理装置5用于接收中频信号并对其进行处理，以得到对应其中一个扫描位置的一维成像数组，当二维扫描装置4控制太赫兹发射源1遍历待测样品表面的所有扫描位置之后，得到的多个一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置，其特征在于，包括：太赫兹发射源、两个透镜、太赫兹探测器、二维扫描装置和成像处理装置，其中：所述太赫兹发射源用于发射频率范围在325GHz～500GHz之间变化的连续调频太赫兹波，所述太赫兹发射源发射的太赫兹波由325GHz变化至500GHz的周期为ts；两个透镜均为准直透镜并且平行设置在所述太赫兹发射源与一待测样品之间，用于将所述太赫兹发射源发射的太赫兹波会聚至所述待测样品的表面，太赫兹波在所述待测样品表面发生发射；所述太赫兹探测器设置在所述太赫兹发射源的下端，其内部具有一频率为定值的本振信号，在所述待测样品表面反射后的太赫兹波再次经过两个透镜后由所述太赫兹探测器接收并与其内部的本振信号混频后得到一中频信号；所述二维扫描装置用于控制所述太赫兹发射源在距离待测样品表面的一设定距离处以设定的扫描精度对所述待测样品的表面进行扫描，所述二维扫描装置在每一扫描位置处停留的时间为Nts,其中N为大于等于1的整数，所述二维扫描装置定义与所述待测样品表面平行的表面为x‑y平面以及定义与x‑y平面垂直的方向为z方向；所述成像处理装置与所述太赫兹探测器连接，所述成像处理装置用于接收所述中频信号并对其进行处理，以得到对应其中一个扫描位置的一维成像数组，当所述二维扫描装置控制所述太赫兹发射源遍历所述待测样品表面的所有扫描位置之后，得到的多个一维成像数组构成一三维成像数据阵列，所述成像处理装置根据该三维成像数据阵列输出与该待测样品对应的x‑y方向成像图、x‑z方向成像图和y‑z方向成像图。...

【技术特征摘要】
1.一种利用太赫兹成像检测层状绝缘材料内部缺陷的装置，其特征在于，包括：太赫兹发射源、两个透镜、太赫兹探测器、二维扫描装置和成像处理装置，其中：所述太赫兹发射源用于发射频率范围在325GHz～500GHz之间变化的连续调频太赫兹波，所述太赫兹发射源发射的太赫兹波由325GHz变化至500GHz的周期为ts；两个透镜均为准直透镜并且平行设置在所述太赫兹发射源与一待测样品之间，用于将所述太赫兹发射源发射的太赫兹波会聚至所述待测样品的表面，太赫兹波在所述待测样品表面发生发射；所述太赫兹探测器设置在所述太赫兹发射源的下端，其内部具有一频率为定值的本振信号，在所述待测样品表面反射后的太赫兹波再次经过两个透镜后由所述太赫兹探测器接收并与其内部的本振信号混频后得到一中频信号；所述二维扫描装置用于控制所述太赫兹发射源在距离待测样品表面的一设定距离处以设定的扫描精度对所述待测样品的表面进行扫描，所述二维扫描装置在每一扫描位置处停留的时间为Nts,其中N为大于等于1的整数，所述二维扫描装置定义与所述待测样品表面平行的表面为x-y平面以及定义与x-y平面垂直的方向为z方向；所述成像处理装置与所述太赫兹探测器连接，所述成像处理装置用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振伟，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：新型
国别省市：北京;11