Page 134 - 无损检测2021年第二期

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团队还绘制了粘接剂固化周期内光学参数太赫兹特征 现完全不可检的情况。针对这种情况，团队结合理论和实
值表征曲线（见图 12），由曲线可以看出，单胶层材料 际检测信号，通过仿真技术对样品的厚度进行分析，实现
在太赫兹波段的折射率和消光系数的变化趋势，可以很好 了面漆涂层的厚度检测，分辨率为 7.9 µm，说明使用该
地表征出固化特性的转变时间点为第 96 h，即胶层在 96 h 技术可对汽车涂层、防腐涂层、家装涂层等进行厚度质量
内完成固化。即相较于传统的拉力破坏试验，太赫兹表征 控制和缺陷检测。
方法对胶层的固化情况可以进行更好地表征。此外，太赫 2.4 太赫兹无损检测在其他材料中的应用
兹无损检测特征值还可以对加压压力、施胶方式等工艺参
2.4.1 玻璃纤维增强复合材料
数进行表征。
针对玻璃纤维增强复合材料的太赫兹无损检测研究，
团队设计的样品共有 3 层，样品厚度为 6 mm，缺陷分别
设置在距上表面 1，3，5mm 处，每一层缺陷样片的直
径分别为 5，10，15mm，梯形空气楔槽的几何尺寸为宽
13 mm，底边长 13 mm，顶边长 7 mm。对这些缺陷进
行了检测和分析，由结果（见图 13）可知，采用太赫兹
时域光谱无损检测系统可以单面一次测量，实现样品中多
（a）固化周期内折射率曲线
层厚度的检测。

（b）固化周期内消光系数曲线
（a）试样 （b）上层缺陷
图 12 粘接剂固化周期内光学参数太赫兹特征值表征曲线
2.3 涂层材料太赫兹时域光谱无损检测

太赫兹时域光谱无损检测技术采用宽带太赫兹源产生
太赫兹脉冲，采集到的太赫兹时域信号的时间分辨率可达
0.1 ps，对于涂层材料厚度的定量检测具有很好的检测能
力和较高的检测精度。在太赫兹时域光谱厚度定量检测中， （c）中层缺陷 （d）下层缺陷
可将被测样品分为光学厚样品和光学薄样品 2 种。对于光 图 13 玻璃纤维增强复合材料试样
学厚样品的厚度测量，所采集太赫兹时域信号的上、下表 及其太赫兹无损检测成像
面回波清晰可辨。
在玻纤蜂窝多胶接结构中，脱粘缺陷常出现在蒙皮与
在获取被测样品在太赫兹波段的折射率等光学参数 蜂窝之间，严重影响结构完整性、力学性能及可靠性。针
后，对被测样品的厚度进行检测。太赫兹波入射至样品后， 对蜂窝多胶接结构复合材料的无损检测，由于其内部具有
会经过样品的上表面，在上表面发生反射和透射，向下传 一定厚度的蜂窝，且具有 2 层蒙皮与蜂窝粘接结构，因此，
播至样品下表面，在基体界面发生全反射。利用测得的在 传统的无损检测方式都有各自的局限性，如不能使用耦合
样品上、下表面反射的太赫兹脉冲能量，以及太赫兹反射 剂、单面单次测量等。太赫兹时域光谱无损检测技术具有
脉冲对应的飞行时间，结合材料在太赫兹波段的折射率可 可视化程度高、检测精度高、可非接触单次测量等优点，
计算出材料的厚度。 可以满足蜂窝多胶接结构复合材料的无损检测需求。

对于光学薄样品的厚度定量检测，由于样品过薄，太 采用小波变换对玻纤蜂窝多胶接结构太赫兹无损检测
赫兹波在样品中传播距离过小，样品上、下表面反射的太 中的微弱信号进行增强，并通过加权多算子叠加重构算法
赫兹回波信号会重合在同一个太赫兹时域信号中，而无法 对其进行成像分析，实现了单次测量、多层结构缺陷的检
有效地分离样品上、下表面的回波。此时，太赫兹时域光 测，成像分辨率提高了 4.7 倍（成像见图 14）。
谱无损检测系统对光学薄样品的检测精度较差，甚至会出
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2021年 第43卷 第2 期
无损检测