一種脈衝太赫茲波金屬成像檢測裝置的製作方法

2023-05-02 10:19:46 1

本實用新型屬於太赫茲成像無損檢測技術領域，涉及一種成像檢測裝置，具體地涉及一種脈衝太赫茲波金屬成像檢測裝置。

背景技術：

太赫茲輻射(Terahertz，THz)是指頻率在0.1THz-10THz(波長在3mm-30μm)範圍內的電磁波，輻射量子能量很低，不會對生物組織產生有害電離，太赫茲波段包含了豐富的光譜信息，具有良好的光譜分辨特性，並且太赫茲波對大多數非極性電介質材料(塑料、陶瓷、衣物等)具有良好的穿透性，而對於金屬材料則無法穿過，因此太赫茲波可以對隱藏在不透明物體中的金屬進行成像，基於太赫茲波的成像及探測技術在基礎研究、國防安全、工業檢測、無損探傷等領域中有巨大應用前景。

目前，太赫茲成像技術分為脈衝太赫茲波成像和連續太赫茲波成像兩大類。脈衝太赫茲時域光譜成像是研究最廣泛的太赫茲成像技術，主要是利用超短脈衝激發產生脈衝太赫茲波，脈衝太赫茲波經過時域到頻域的轉換可以同時獲得成像樣品的振幅和相位信息。在脈衝太赫茲成像技術中，太赫茲輻射源和雷射器可以採用自由空間的光電導天線和飛秒雷射器，但是自由空間的光電導天線和飛秒雷射器佔用空間體積大，穩定性差；還可以採用光纖型的光電導天線和光纖飛秒雷射器，通過保偏光纖來傳輸飛秒雷射，其優點是佔用空間體積小，穩定性好。從成像方式來說，太赫茲成像技術可以分為透射式成像和反射式成像，透射式成像對樣品的厚度有一定的局限性，而且對樣品的放置要求很高；反射式成像裝置可以做成手持式成像裝置，可以很方便的檢測隱藏在不透明物體中的金屬。

技術實現要素：

為解決現有金屬成像裝置結構複雜、易受電磁幹擾、穩定性差、體積大的技術問題，本實用新型提供一種結構緊湊、抗電磁幹擾強、穩定性高、體積小、操作方便的脈衝太赫茲波金屬成像檢測裝置。

本實用新型通過以下技術方案來實現發明目的：

一種脈衝太赫茲波金屬成像檢測裝置，其特徵在於：該裝置包括計算機、NI板卡、鎖相模塊、電流放大器、飛秒光纖雷射器、電壓放大器、一分二光纖耦合器、太赫茲發射器、太赫茲探測器、雙面拋光矽片、籠式系統固定架、太赫茲聚焦透鏡和二維電動平移臺；

所述太赫茲發射器和太赫茲探測器固定在籠式系統固定架相鄰的兩個圓孔上，太赫茲探測器連接電流放大器；

所述電流放大器連接鎖相模塊；

所述鎖相模塊連接NI板卡；

所述NI板卡同時連接鎖相模塊、電壓放大器和計算機；

所述電壓放大器連接太赫茲發射器；

所述飛秒光纖雷射器連接一分二光纖耦合器；

所述一分二光纖耦合器分別連接太赫茲發射器和太赫茲探測器；

所述雙面拋光矽片以45°角對角放置在籠式系統固定架內；

所述太赫茲聚焦透鏡固定在籠式系統固定架上；

所述籠式系統固定架固定在二維電動平移臺上。

進一步的，所述太赫茲發射器和太赫茲探測器為夫琅禾費光纖型光電導天線。

進一步的，所述飛秒光纖雷射器為CALMAR小型飛秒光纖雷射器。

進一步的，所述一分二光纖耦合器分束前的光纖為色散補償光纖和保偏光纖，分束後的光纖為長度不同的保偏光纖。

進一步的，所述雙面拋光矽片的厚度h＝400μm，邊長d＝30mm，電阻率ρ＝10000Ω·cm。

進一步的，所述籠式系統固定架為C4W30mm籠式立方體、B4CRP/M精密旋轉調節平臺和FFM1籠式兼容安裝座三者的組合。

進一步的，所述NI板卡為NI-USB6211多功能DAQ。

進一步的，所述太赫茲聚焦透鏡為Teflon透鏡，直徑d＝25.4mm，焦距f＝50mm。

進一步的，所述鎖相模塊為HB-292(I-2)型高性能雙相鎖相放大器。

本實用新型的優點和有益效果在於：

(1)採用脈衝太赫茲波掃描成像技術，抗電磁幹擾能力強，解析度高。

(2)採用非接觸的無損檢測方式，能夠對所檢測的物體起到很好的保護作用。

(3)採用的檢測裝置體積小，便於攜帶，易於推廣，具有很廣闊的應用前景。

(4)採用的太赫茲波能量低，裝置實用、安全，不會對人體造成任何輻射威脅，不存在放射性汙染。

附圖說明

圖1為脈衝太赫茲波金屬成像檢測裝置結構圖

圖2為混凝土中插入金屬釘的實物圖

圖3為混凝土中插入金屬釘的成像圖

圖4為隱藏在牛皮紙袋中的金屬剪刀實物圖

圖5為隱藏在牛皮紙袋中的金屬剪刀成像圖

附圖標記：計算機(1)、NI板卡(2)、鎖相模塊(3)、電流放大器(4)、飛秒光纖雷射器(5)、電壓放大器(6)、一分二光纖耦合器(7)、太赫茲發射器(8)、太赫茲探測器(9)、雙面拋光矽片(10)、籠式系統固定架(11)、太赫茲聚焦透鏡(12)、二維電動平移臺(13)、待測物體(14)、金屬釘一(15)、金屬釘二(16)、金屬釘一成像圖(17)、金屬釘二成像圖(18)、金屬剪刀(19)和金屬剪刀成像圖(20)。

為了對本實用新型的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解,現對照附圖說明本實用新型的具體實施方式。

具體實施方式

所描述的實施例僅僅是本實用新型中的一部分實施例，並不代表全部的實施例。在實用新型實施例範圍之內的，在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

圖1為脈衝太赫茲波金屬成像檢測裝置結構圖，如附圖1所示，該檢測裝置包括計算機1、NI板卡2、鎖相模塊3、電流放大器4、飛秒光纖雷射器5、電壓放大器6、一分二光纖耦合器7、太赫茲發射器8、太赫茲探測器9、雙面拋光矽片10、籠式系統固定架11、太赫茲聚焦透鏡12和二維電動平移臺13。

其中所述太赫茲發射器8和太赫茲探測器9固定在籠式系統固定架11相鄰的兩個圓孔上，太赫茲探測器9連接電流放大器4；所述電流放大器4連接鎖相模塊3；所述鎖相模塊3連接NI板卡2；所述NI板卡2同時連接鎖相模塊3、電壓放大器6和計算機1。所述電壓放大器6連接太赫茲發射器8；所述飛秒光纖雷射器5連接一分二光纖耦合器7；所述一分二光纖耦合器7分別連接太赫茲發射器8和太赫茲探測器9。所述雙面拋光矽片10以45°角對角放置在籠式系統固定架11內；所述太赫茲聚焦透鏡12固定在籠式系統固定架11上；所述籠式系統固定架11固定在二維電動平移臺13上。

本發明實施方式中，太赫茲發射器8和太赫茲探測器9為夫琅禾費光纖型光電導天線。

飛秒光纖雷射器5為CALMAR小型飛秒光纖雷射器。一分二光纖耦合器7分束前為色散補償光纖和保偏光纖，分束後為兩個長度不同的保偏光纖。雙面拋光矽片10的厚度h＝400μm，邊長d＝30mm，電阻率ρ＝10000Ω·cm。籠式系統固定架11為C4W30mm籠式立方體、B4CRP/M精密旋轉調節平臺和FFM1籠式兼容安裝座的組合。NI板卡2為NI-USB6211多功能DAQ。太赫茲聚焦透鏡12為Teflon透鏡，直徑d＝25.4mm，焦距f＝50mm。鎖相模塊3為HB-292(I-2)型高性能雙相鎖相放大器。

本發明中，太赫茲發射器8發射的脈衝太赫茲波第一次經過雙面拋光矽片10後，脈衝太赫茲波被分成兩束，一束被反射到垂直方向，另一束沿直線路逕到達待測物體上，經過待測物體後按原路徑反射回去，再次經過雙面拋光矽片10後，攜帶待測物體信息的脈衝太赫茲波再次被分成兩束，一束沿直線路徑進入太赫茲發射器8，另一束被反射到垂直方向的太赫茲探測器9中，然後經過電流放大器4、鎖相模塊3和NI板卡2處理並採集成像數據，最後將成像數據輸入到計算機10中進行保存和顯示，同時利用計算機10控制二維電動平移臺13進行二維掃描，進而實現對整個待測物體的太赫茲二維掃描成像。

所述NI板卡2同時實現成像數據採集、提供太赫茲發射器8的偏壓信號和提供鎖相模塊3的參考信號。

實施例1、本實用新型應用於橋梁基樁鋼筋籠長度無損檢測領域

如圖2所示，為混凝土中插入金屬釘的實物圖，將本實用新型裝置對混凝土中插入的金屬釘進行二維掃描成像，檢測金屬釘插入混凝土中的深度。通過對混凝土的左側進行成像，獲得了金屬釘的太赫茲圖像。如圖3所示，為混凝土中插入金屬釘的成像圖，從圖3中，可以很清楚的看到金屬釘插入混凝土的深度。橋梁基樁中的鋼筋籠起著非常關鍵的作用，如果基樁的鋼筋籠長度不能滿足基本的設計要求，將會造成橋梁的安全隱患，探測基樁的鋼筋籠長度已成為監督橋梁質量非常重要的問題，因此，本實用新型對橋梁工程建設事業的發展具有重要實用意義。

實施例2、本實用新型應用於隱藏的危險金屬物品無損檢測領域

如圖4所示，隱藏在牛皮紙袋中的金屬剪刀實物圖，將本實用新型裝置對隱藏在不透明物體中的金屬品進行二維掃描成像，檢測金屬品的形狀，以此來判斷金屬品是否具有危險性。通過對隱藏在牛皮紙袋中的金屬剪刀進行成像，獲得了金屬剪刀的太赫茲圖像。如圖5所示，為隱藏在牛皮紙袋中的金屬剪刀成像圖。從圖5中，可清楚的看到隱藏在牛皮紙袋中的金屬剪刀。本實用新型在安檢領域有著十分重要的應用前景。