Терагерцовая неразрушающая оценка

Терагерцевые неразрушающие оценки относятся к приборам, и методы анализа , происходящим в области терагерцовога от электромагнитного излучения . Эти устройства и методы оценивают свойства материала, компонента или системы, не вызывая повреждений. ^[1]

Терагерцовая визуализация

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

Терагерцовые изображения является новым и значимая неразрушающей оценки (ПСБС) методом , используемым для диэлектрических (непроводящего, то есть, изолятора ) анализ материалов и контроль качества в фармацевтической, биомедицинских , безопасности, характеристики материалов и авиационно - космической промышленности. ^[3] Он оказался эффективным при проверке слоев красок и покрытий ^[4], обнаружении структурных дефектов в керамических и композитных материалах ^[5] и отображении физической структуры картин ^[6] и рукописей.^{[7] [8]} Использование терагерцовых волн для неразрушающего контроля позволяет проверять многослойные конструкции и выявлять аномалии от включений посторонних 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 от продукта к продукту). ^[10]

Неразрушающая оценка

Датчики и инструменты используются в диапазоне от 0,1 до 10 ТГц для неразрушающего контроля , который включает обнаружение. ^{[10] [11]}

Толщиномер терагерцовой плотности

Датчик терагерцовой плотности и толщины - это метод неразрушающего контроля, который использует энергию терагерцового диапазона для отображения плотности и толщины в диэлектрических , керамических и композитных материалах . Этот бесконтактный односторонний метод измерения и визуализации терагерцового электромагнитного излучения характеризует микроструктуру и изменение толщины диэлектрических ( изоляционных ) материалов. Этот метод был продемонстрирован для изоляции внешнего бака космического челнока, напыляемой из пенопласта, и был разработан для использования в качестве метода проверки нынешних и будущих тепловых систем НАСА.системы защиты и другие приложения для контроля диэлектрических материалов, в которых невозможно установить контакт с образцом из-за хрупкости и нецелесообразно использовать ультразвуковые 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 обнаружить следы взрывчатых веществ менее чем за одну секунду. Поскольку взрывчатые вещества постоянно выделяют следы 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 частей на миллион 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 ТГц 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

Создание образа безопасности в настоящее время выполняется как активными, так и пассивными методами. Активные системы освещают объект терагерцовым 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 с активными системами, 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 терагерцового диапазона, такими как системы Millitech. Эти широко распространенные системы не отображают изображения, что позволяет избежать проблем с конфиденциальностью. Вместо этого они отображают общие очертания «манекенов» с выделенными аномальными областями.

Поскольку проверка безопасности ищет аномальные изображения, будут обнаружены такие предметы, как ложные ноги, ложные руки, мешки для колостомы, нательные писсуары, нательные инсулиновые помпы 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 шаттлов

Инспекции космического корабля НАСА являются примером применения этой технологии.

После аварии Shuttle Columbia в 2003 году в рекомендации R3.2.1 Совета по расследованию авиационных происшествий Колумбии говорилось: «Инициировать агрессивную программу по устранению всех обломков системы тепловой защиты внешнего резервуара в источнике…». Чтобы поддержать эту рекомендацию, в НАСА оценивают, разрабатывают и совершенствуют методы проверки дефектов пены. ^{[1] [10] [11]}

STS-114 использовал космический шаттл Discovery и был первым космическим кораблем "Возвращение в полет" после катастрофы космического корабля " Колумбия" . Он был запущен в 10:39 по восточному поясному времени 26 июля 2005 г. Во время полета STS-114 наблюдалось значительное выделение пены . Таким образом, способность неразрушающего контроля обнаруживать и характеризовать раздробленную пену после этого полета стала важным приоритетом, когда считалось, что персонал, обрабатывающий танк, раздробил пену при ходьбе по ней или из-за повреждений града, когда шаттл находился на стартовой площадке или во время других событий. подготовка к запуску.

Кроме того, изменения плотности пены также были потенциальными точками возникновения дефектов, вызывающих отслаивание пены. Описанное ниже нововведение является ответом на призыв разработать неразрушающий, полностью бесконтактный, не связанный с жидкостью метод, который мог бы одновременно и точно охарактеризовать изменение толщины (из-за раздробленной пены из-за работы рабочего и повреждения от града) и изменение плотности пеноматериалов. Было критически важно иметь метод, который не требовал гидравлической (водной) связи; т.е. Для ультразвуковых методов контроля требуется водная муфта.

В полевых условиях и на рынке имеется ультразвуковое оборудование стоимостью миллионы долларов, которое используется в качестве толщиномеров и плотномеров . Когда терагерцовый неразрушающий контроль будет полностью коммерциализирован в более портативной форме и станет менее дорогим, он сможет заменить ультразвуковые инструменты для конструкционных пластиковых , керамических и вспененных материалов. Новые инструменты не потребуют жидкостной связи, что повысит их полезность в полевых условиях и, возможно, для высокотемпературных применений на месте, где жидкостная связь невозможна. С помощью этой технологии можно развить новый потенциальный сегмент рынка. ^{[10] [11]}

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

• «Фармацевтика, покрытия, технологические исследования» . Кембриджский университет. 2011. Архивировано из оригинала (Интернет-страница) 05.10.2011 . Проверено 23 июня 2011 .

  На этой странице также см. Следующие разделы для использования терагерцовой области: небольшие органические молекулярные кристаллы / свойства материалов (стекла и т. Д.), Понимание колебательных режимов на терагерцовых частотах, применение квантового каскадного лазера, реализация новых парадигм зондирования и динамика. в биомолекулах .

• Стоик, Кристофер; Бон, Мэтью; Блэкшир, Джеймс (2010). «Неразрушающая оценка авиационных композитов с использованием отражательной терагерцовой спектроскопии во временной области» . NDT&E International . 43 (2): 106–115. DOI : 10.1016 / j.ndteint.2009.09.005 .

  Оригинальный доктор философии. диссертация Кристофера Д. Стойка, подполковника ВВС США. Декабрь 2008 г.

• Хосако, Ивао; Ода, Наоки (2011). «Терагерцовая визуализация для обнаружения или диагностики» . Отдел новостей SPIE . DOI : 10.1117 / 2.1201105.003651 . Бесплатная онлайн-статья.