德國科學家研制出太赫茲無損檢測新型傳感器探頭

　　導讀：太赫茲技術(shù)屬于一種新型無損檢測技術(shù)，能夠?qū)δ承┙M件及表面進行無損測試分析。但是這種檢測裝置，尤其是傳感器探頭，不僅價格昂貴，而且相當笨重。
　　
　　現(xiàn)在，來自于德國弗勞恩霍夫協(xié)會的研究人員已經(jīng)成功研制出一種非常緊湊、簡單的傳感器探頭，其成本也因此變得更低，裝置操作也變得更加容易。他們設(shè)計的第一種傳感器探頭原型已經(jīng)被用于在塑料管的生產(chǎn)線上檢測管壁的厚度。此外，這種裝置還非常適用于分析纖維復合材料上的涂層等。
　　
　　這種新型傳感器探頭將會于2016年4月25至29日在德國漢諾威工業(yè)博覽會上進行展出。
　　
　　十多年以前，當人們談論最多的還都是人體掃描儀的時候，太赫茲技術(shù)就被視為“下一個大事件”?？茖W家們希望利用太赫茲輻射技術(shù)研發(fā)出一種能夠用于材料測試與分析方面的測量體系;雖然人們對于太赫茲技術(shù)一直都抱有很大的期望，但太赫茲技術(shù)并沒有取得人們所期待的進展。與傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)相比，例如X射線檢測、超聲檢測等，太赫茲技術(shù)成本太高，裝置笨重、不靈活。

　　
　　搭配新型傳感器探頭的測量體系
　　
　　現(xiàn)在，德國柏林的弗勞恩霍夫海因里希赫茲研究所在太赫茲技術(shù)方面取得了一項巨大的進步。由該研究所里ThorstenGöbel領(lǐng)導的太赫茲技術(shù)研究小組已經(jīng)成功的研制出了首例標準太赫茲設(shè)備，而且成本更低，操作更為簡便。
　　
　　弗勞恩霍夫海因里希赫茲研究所激發(fā)太赫茲輻射的原理是基于一種光電方法;通過使用一種特殊的半導體，激光脈沖被轉(zhuǎn)換成太赫茲電脈沖。而以前太赫茲技術(shù)一直沒有取得實質(zhì)性成功的原因主要就在于這種特殊半導體需要具備一些特殊的性質(zhì)。
　　
　　“我們研制出了一種半導體材料，能夠被波長為1.5微米左右的激光刺激，”Göbel說道：“在光通信領(lǐng)域中，這是一種標準波長，這也是為什么市場上有那么多廉價但高質(zhì)量的光學組件和激光器”。
　　
　　但是，要研制出一種能夠用于材料測試方面，且成本較低、操作便利的太赫茲體系仍然存在一個大障礙——迄今為止，用于掃描待測試組件的傳感器探頭太大而且非常笨重，并不便于使用。原因是太赫茲發(fā)射器和接收器是兩個獨立的組件，必須要精確的安裝在套管里。這種排列的主要缺點在于測試樣品只能在一個角度上進行測量。因此，測試對象必須準確的位于接收器和發(fā)射器的焦點上，這樣經(jīng)樣品由發(fā)射器發(fā)出的太赫茲信號才會顯示在接收器上。如果傳感器探頭和樣品之間的距離發(fā)生了變化，例如發(fā)生輕微震動等，測量都會變得更加困難。
　　
　　如今，研究人員制造了一個能夠同時發(fā)射和接收信號的集成芯片，這使得操作距離可以更加靈活。人們將發(fā)射器和接收器“打包”成一個收發(fā)器，并置于一個直徑只有25毫米，長度只有35毫米的簡易傳感器探頭內(nèi)部。
　　
　　研究人員將太赫茲輻射中的發(fā)射單元與接收單元“打包”置于一個直徑只有25毫米，長度只有35毫米的簡易傳感器探頭內(nèi)部
　　
　　塑料管的壁厚檢測
　　
　　這種太赫茲傳感器體系目前已經(jīng)被一些制造廠商用于塑料管材的生產(chǎn)監(jiān)測，這些傳感器能夠直接在生產(chǎn)線上檢測塑料管壁的厚度;這項檢測在生產(chǎn)過程中也是非常重要的，管壁太薄，塑料管就會變得非常不穩(wěn)定;管壁太厚，無疑會浪費許多寶貴的原材料。
　　

 
　　直到現(xiàn)在，塑料管生產(chǎn)線上一般都是采用超聲檢測體系。但超聲檢測不能準確的在空氣中進行測量，通常需要用到水等耦合劑來起到超聲傳感器探頭和塑料管材之間的耦合介質(zhì)作用。正是由于這個原因，接近250℃的塑料管材必須通過水箱，才能完成檢測。此外，超聲檢測技術(shù)并不能有效檢測由不同材料層構(gòu)成的所謂的智能管材。
　　
　　纖維增強復合材料上的涂層檢測
　　
　　這種新型太赫茲傳感器探頭的另一個應用是驗證纖維增強復合材料上的油漆以及涂料等。
　　
　　人們能夠利用渦流檢測技術(shù)對一些金屬基材料進行檢測，例如在汽車行業(yè)中對金屬薄片進行檢測;但是渦流檢測技術(shù)并不適用于導電性不好的纖維復合材料?！耙虼耍S著復合材料在汽車、航空、航天以及能源等領(lǐng)域內(nèi)的應用越來越廣泛，人們迫切的需要一種可靠的檢測方法”，G?bel說道，而這種新型太赫茲傳感器探頭可以解決這個問題。
　　
　　雖然這種新型的太赫茲傳感器體系來自于廉價的標準光學元件，可它目前的價格仍然高于一些超聲檢測裝置，但是，Göbel預測，在不久的將來，隨著逐步批量生產(chǎn)，其價格肯定會大幅降低?？紤]到這種檢測方法的優(yōu)勢及其目前的研究進展，Göbel相信太赫茲技術(shù)在未來幾年將會取得更多的成功，很快成為一種成熟的無損檢測手段。