Терагерцовая неразрушающая оценка - Terahertz nondestructive evaluation

Терагерцовая неразрушающая оценка относится к устройствам, и методы анализа происходящее в терагерцовый домен из электромагнитное излучение. Эти устройства и методы оценивают свойства материала, компонента или системы, не вызывая повреждений.[1]

Терагерцовая визуализация

Рентгеновское, оптическое и ТГц изображение упакованной ИС. [2]

Терагерцовая визуализация это новый и важный неразрушающая оценка (NDE) техника, используемая для диэлектрик (непроводящие, т.е. изолятор ) анализ материалов и контроль качества в фармацевтике, биомедицинский, безопасность, характеристика материалов, и аэрокосмический отрасли.[3] Он доказал свою эффективность при проверке слоев красок и покрытий,[4] обнаружение структурных дефектов в керамика и композитные материалы[5]и визуализация физическая структура картин[6] и рукописи.[7][8] Использование терагерцовых волн для неразрушающего контроля позволяет проводить обследование многослойных конструкций и может идентифицировать аномалии от включений инородных материалов, отслоения и расслоения, механических повреждений, тепловых повреждений и попадания воды или гидравлической жидкости.[9] Этот новый метод может сыграть значительную роль в ряде отраслей для определения характеристик материалов, где прецизионное отображение толщины (для обеспечения допусков на размеры продукта в пределах продукта и от продукта к продукту) и картографирование плотности (для обеспечения качества продукта внутри продукта и из продукта -to-product) обязательны.[10]

Неразрушающая оценка

Датчики и инструменты используются в диапазоне от 0,1 до 10 ТГц для неразрушающая оценка, который включает обнаружение.[10][11]

Толщиномер терагерцовой плотности

Толщиномер терагерцовой плотности - это метод неразрушающего контроля, в котором используются терагерц энергия для картирования плотности и толщины в диэлектрик, керамика, и композитные материалы. Это бесконтактный, односторонний терагерцовый электромагнитный измерение и визуализация метод характеризует микроструктура и толщина изменение диэлектрика (изоляционный ) материалы. Этот метод был продемонстрирован на Внешний бак Space Shuttle изоляция из напыляемой пены и была разработана для использования в качестве метода проверки для нынешнего и будущего НАСА тепловой системы защиты и другие приложения для контроля диэлектрических материалов, в которых невозможно установить контакт с образцом из-за хрупкости, и это непрактично в использовании ультразвуковой методы.[10]

Вращательная спектроскопия

В ротационной спектроскопии используется электромагнитное излучение в диапазоне частот от 0,1 до 4 терагерц (ТГц). Этот диапазон включает длины волн миллиметрового диапазона и особенно чувствителен к химическим молекулам. Результирующее терагерцовое поглощение дает уникальный и воспроизводимый спектральный образец, который идентифицирует материал. ТГц спектроскопия может обнаруживать следы взрывчатых веществ менее чем за одну секунду. Поскольку взрывчатые вещества постоянно выделяют следовые количества пара, следует иметь возможность использовать эти методы для обнаружения скрытых взрывчатых веществ на расстоянии.[11]

Радар ТГц диапазона

Радар ТГц диапазона может обнаруживать утечки газа, химикатов и ядерных материалов. В ходе полевых испытаний радар ТГц диапазона обнаружил химические вещества на уровне 10 ppm с расстояния 60 метров. Этот метод можно использовать в системе ограждения или в системе, установленной на самолет, которая работает днем ​​и ночью в любую погоду. Он может обнаруживать и отслеживать химические и радиоактивные шлейфы. Радар ТГц диапазона, который может обнаруживать радиоактивные шлейфы от атомных станций, обнаружил шлейфы в нескольких километрах на основе радиационно-индуцированных ионизационных эффектов в воздухе.[11]

ТГц томография

Методы терагерцовой томографии - это неразрушающие методы, которые могут использовать импульсный пучок ТГц или источники миллиметрового диапазона для определения местоположения объектов в 3D.[12] Эти методы включают томографию, томосинтез, радар с синтезированной апертурой и время полета. Такие методы позволяют разрешать детали размером менее одного миллиметра в объектах размером в несколько десятков сантиметров.

Пассивные / активные методы визуализации

Визуализация безопасности в настоящее время выполняется как активными, так и пассивными методами. Активные системы освещают объект ТГц излучением, тогда как пассивные системы просто наблюдают естественное излучение от объекта.

Очевидно, что пассивные системы безопасны по своей сути, тогда как можно утверждать, что любая форма «облучения» человека нежелательна. Однако с технической и научной точки зрения схемы активного освещения безопасны в соответствии со всем действующим законодательством и стандартами.

Целью использования активных источников освещения является прежде всего улучшение отношения сигнал / шум. Это аналогично использованию вспышки на стандартной камере с оптическим освещением, когда уровень окружающего освещения слишком низкий.

В целях обеспечения безопасности рабочие частоты обычно находятся в диапазоне от 0,1 ТГц до 0,8 ТГц (от 100 ГГц до 800 ГГц). В этом диапазоне кожа непрозрачна, поэтому системы визуализации могут смотреть сквозь одежду и волосы, но не внутрь тела. Такие действия связаны с проблемами конфиденциальности, особенно в отношении активных систем, поскольку активные системы с их изображениями более высокого качества могут отображать очень подробные анатомические особенности.

Активные системы, такие как L3 Provision и Smiths eqo, на самом деле являются системами формирования изображений миллиметрового диапазона, а не системами формирования изображений терагерцевого диапазона, такими как системы Millitech. Эти широко распространенные системы не отображают изображения, что позволяет избежать проблем с конфиденциальностью. Вместо этого они отображают общие контуры «манекенов» с выделенными аномальными областями.

Так как проверка безопасности ищет аномальные изображения, будут обнаружены такие предметы, как ложные ноги, ложные руки, мешки для колостомы, переносные писсуары, инсулиновые помпы для ношения на теле и внешние увеличения груди. Учтите, что грудные имплантаты, находящиеся под кожей, не будут обнаружены.

Для получения медицинских изображений можно использовать активные методы визуализации. Поскольку ТГц излучение является биологически безопасным (неионизирующим), его можно использовать в визуализации высокого разрешения для обнаружения рака кожи.[11]

Инспекции космических челноков

НАСА Космический шатл инспекции являются примером применения этой технологии.

После Шаттл Колумбия авария в 2003 году, Колумбийский совет по расследованию несчастных случаев Рекомендация R3.2.1 гласит: «Инициировать агрессивную программу по устранению всех обломков системы тепловой защиты внешнего резервуара у источника…». Чтобы поддержать эту рекомендацию, в НАСА оцениваются, разрабатываются и уточняются методы проверки дефектов пены.[1][10][11]

СТС-114 нанятый Космический шатл Открытие, и был первым "Возвращением в полет" Космический шатл миссия после Космический шатл Колумбия катастрофа. Он стартовал в 10:39 EDT, 26 июля 2005 г. СТС-114 значительный полет отслаивание пены наблюдалось. Таким образом, способность неразрушающего контроля обнаруживать и характеризовать раздробленную пену после этого полета стала важным приоритетом, когда считалось, что персонал, обрабатывающий танк, раздавил пену, пройдя по ней или оттуда. урон от града когда шаттл был на стартовая площадка или во время других приготовлений к запуску.

Кроме того, плотность Вариации пены также были потенциальными точками возникновения дефектов, вызывающих отслаивание пены. Описанная ниже инновация является ответом на призыв к разработке неразрушающего, полностью бесконтактного, неконтактногосвязанный с жидкостью метод, который может одновременно и точно охарактеризовать изменение толщины (из-за раздробленной пены из-за манипуляций с рабочими и повреждения градом) и изменение плотности пеноматериалов. Было критически важно иметь метод, который не требовал гидравлической (водной) связи; т.е. ультразвуковой контроль методы требуют водного сцепления.

В полевых условиях и на рынке имеется ультразвуковое оборудование стоимостью миллионы долларов, которое используется в качестве толщиномеры и плотномеры. Когда терагерцовая неразрушающая оценка полностью коммерциализирован в более портативную форму, и станет менее дорогим, он сможет заменить ультразвуковые инструменты для структурных пластик, керамика, и мыло материалы. Новые инструменты не потребуют жидкостного соединения, что повысит их полезность в полевых условиях и, возможно, для высокотемпературных применений на месте, где жидкостное соединение невозможно. С помощью этой технологии можно развить новый потенциальный сегмент рынка.[10][11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Анастаси, РФ; и другие. (Май 2007 г.). Терагерцовый неразрушающий контроль для аэрокосмических приложений (Название главы). Название книги: Ультразвуковые и современные методы неразрушающего контроля и определения характеристик материалов. Мировое научное издательство. С. 279–303. ISBN  978-981-270-409-2.
  2. ^ Ахи, Киараш. «Метод и система повышения разрешения терагерцового изображения». Измерение.
  3. ^ Оспальд, Франк; Виссем Зуаги; Рене Бейган; Матейс Карстер (16 декабря 2013 г.). «Контроль композитных материалов в авиации с помощью системы терагерцовой спектроскопии во временной области». Оптическая инженерия. 53 (3): 031208. Bibcode:2014OptEn..53c1208O. Дои:10.1117 / 1.OE.53.3.031208.
  4. ^ Петки, Дуглас; Изаак В. Кемп; Карла Бентон; Кристофер Бойер; Линдси Оуэнс; Джейсон А. Дейбел; Кристофер Д. Стойк; Мэтью Дж. Бон (5 октября 2009 г.). «5 октября 2009 года» (PDF). Протоколы SPIE. 7485. Bibcode:2009SPIE.7485E..0DP. Дои:10.1117/12.830540.[постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ Йонушайт, Иоахим. «Техническая керамика: поиск дефектов» (PDF). Институт физических методов измерения им. Фраунгофера IPM. Архивировано из оригинал (PDF) на 15.06.2013.
  6. ^ Уокер, Джиллиан; Боуэн, Джон В .; Мэтьюз, Венди; Ройчоудхури, Сумали; Лабон, Жюльен; Муру, Жерар; Меню, Мишель; Ходдер, Ян; Джексон, Дж. Бьянка (27 марта 2013 г.). «Терагерцовое изображение подповерхности через неровные поверхности: визуализация неолитических настенных росписей в Чатал-Хююке». Оптика Экспресс. 21 (7): 8126–8134. Bibcode:2013OExpr..21.8126W. Дои:10.1364 / OE.21.008126.
  7. ^ Пасторелли, Джанлука; Трафела, Таня; Taday, Phillip F .; Портьери, Алессия; Лоу, Дэвид; Фукунага, Каори; Стрлич, Матия (25 марта 2012 г.). «Характеристика исторического пластика с помощью терагерцовой спектроскопии во временной области и импульсной визуализации». Аналитическая и биоаналитическая химия. 403 (5): 1405–1414. Дои:10.1007 / s00216-012-5931-9. PMID  22447218.
  8. ^ «Терагерц для сохранения картин, рукописей и артефактов». TeraView. Архивировано из оригинал на 2013-06-03. Получено 2013-02-26.
  9. ^ Хсу, Дэвид; Кван-Хи Им; Чиен-Пин Чиу; Дэниел Дж. Барнард (23 июля 2010 г.). «Исследование возможностей использования терагерцовых волн для неразрушающего контроля композитов». Материалы конференции AIP. 30: 533–540. Дои:10.1063/1.3591897. Архивировано из оригинал 14 апреля 2013 г.
  10. ^ а б c d е Метод неразрушающего контроля использует энергию терагерцового диапазона.
  11. ^ а б c d е ж Датчики, приборы и неразрушающий контроль - См. Ссылки выше
  12. ^ Гийе, Жан-Поль; Рекур, Бенуа; Фредерик, Луи; Буске, Бруно; Каниони, Лайонел; Манель-Хоннингер, Инка; Десбарат, Паскаль; Муне, Патрик (28 февраля 2014 г.). «Обзор методик терагерцовой томографии» (PDF). Журнал инфракрасных, миллиметровых и терагерцовых волн. 35 (4): 382–411. Bibcode:2014JIMTW..35..382G. Дои:10.1007 / s10762-014-0057-0.

дальнейшее чтение