CN218180707U - 一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，用于对非金属材料进行脉冲太赫兹反射信号探测，设备包括激光器、信号放大处理模块、太赫兹源、太赫兹探测器和波形显示器，激光器连接有异步采样控制模块，激光器的输出端连接信号放大处理模块，并输出太赫兹信号传递给太赫兹源；太赫兹源的输出端和太赫兹探测器的探测端均正对非金属材料的表面，太赫兹探测器的输出端连接信号放大处理模块，并输出探测信号传递给波形显示器。与现有技术相比，本实用新型具有响应迅速，无需接触样品表面，探测精度高等优点。

Description

一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备

技术领域

本实用新型涉及信号探测技术领域，尤其是涉及一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备。

背景技术

目前对于非金属材料的缺陷检测，一般采用图像检测技术进行分辨，如公开号为CN102507592A的实用新型公开的一种表面缺陷仿蝇视觉在线检测装置及检测方法，属于工业视觉检测和图像处理技术领域，本实用新型利用普通的CCD图像传感器和表面缺陷检测算法相结合来探测复杂背景下的表面缺陷。该装置的原理突破了原有缺陷探测方法所需要的缺陷与背景之间存在对比度低，实现较低分辨率、低对比度的场景图像中，通过模仿蝇复眼视觉信息处理方法，在获得的场景图像质量上近似于复眼的低分辨率图像，准确率较高。同时针对静止在场景中的表面缺陷，该设备仍然可以发现表面缺陷的存在，为后续处理提供可靠的信息。

通过分析非金属材料表面图像的方式进行缺陷的检测方法无法监测到材料内部缺陷，如隐藏气隙缺陷，难以全方位对非金属材料进行综合的缺陷探测。

目前存在技术提出太赫兹时域光谱技术作为一种新型的检测技术，利用太赫兹脉冲电磁波来反映物质性质，已被广泛应用于多个领域。太赫兹波介于微波和红外之间，对非导电介质材料有着较高的穿透性，利用这一特点可以方便地对介电材料中的杂质、空隙等缺陷进行探测。

但是，如何将太赫兹时域光谱技术应用在非金属材料的缺陷检测中，是目前迫待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种将太赫兹时域光谱技术应用在非金属材料的缺陷检测中，实现对非金属材料太赫兹反射信号检测的基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，用于对非金属材料进行脉冲太赫兹反射信号探测，所述设备包括激光器、信号放大处理模块、太赫兹源、太赫兹探测器和波形显示器，所述激光器连接有异步采样控制模块，所述激光器的输出端连接信号放大处理模块，并输出太赫兹信号传递给所述太赫兹源；所述太赫兹源的输出端和太赫兹探测器的探测端均正对非金属材料的表面，所述太赫兹探测器的输出端连接信号放大处理模块，并输出探测信号传递给波形显示器。

进一步地，所述太赫兹源和太赫兹探测器互呈夹角设置。

进一步地，所述设备还包括移动机构，所述太赫兹源和太赫兹探测器均互呈夹角固定在该移动机构的驱动端。

进一步地，所述移动机构包括水平移动组件，带动所述太赫兹源和太赫兹探测器沿非金属材料所在的水平面移动。

进一步地，所述移动机构还包括竖直移动组件，该竖直移动组件的输出端连接所述水平移动组件。

进一步地，所述移动机构采用步进电机作为驱动电机。

进一步地，所述太赫兹源和太赫兹探测器一一对应设置。

进一步地，所述太赫兹源和太赫兹探测器的组合为一个或多个。

进一步地，所述非金属材料包括开关的绝缘拉杆、变压器的绝缘纸板。

进一步地，所述波形显示器显示有太赫兹源的输入信号、非金属材料表面上的反射脉冲峰信号和缺陷的脉冲反射信号。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提出将太赫兹时域光谱技术应用在非金属材料的缺陷检测中的探测技术，通过激光器模块和异步采样控制模块高速稳定的产生脉冲太赫兹信号，飞秒激光产生的信号在信号放大和处理模块的作用下，放大处理到太赫兹源上产生脉冲太赫兹信号。脉冲太赫兹信号经过测量平台移动扫描，对非金属材料试样发射脉冲太赫兹信号；试样反射的脉冲太赫兹信号被太赫兹探测器接收并传输至信号放大处理模块，显示在波形显示器，用于分析引起传输速率的变化的缺陷信号。

(2)该方案具有响应迅速，无需接触样品表面，探测精度高等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备的系统框图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备的探测原理示意图；

图中，1、激光器，2、异步采样控制模块，3、信号放大处理模块，4、太赫兹源，5、太赫兹探测器，6、波形显示器，7、非金属材料。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，用于对非金属材料7进行脉冲太赫兹反射信号探测，设备包括激光器1、信号放大处理模块3、太赫兹源4、太赫兹探测器5和波形显示器6，激光器1连接有异步采样控制模块2，激光器1的输出端连接信号放大处理模块3，并输出太赫兹信号传递给太赫兹源4；太赫兹源4的输出端和太赫兹探测器5的探测端均正对非金属材料7的表面，太赫兹探测器5的输出端连接信号放大处理模块3，并输出探测信号传递给波形显示器6。

太赫兹源4和太赫兹探测器5可以平行设置，也能进行反射信号探测，但优选的，太赫兹源4和太赫兹探测器5互呈夹角设置，能更精准地探测反射信号。

作为一种优选的实施方式，设备还包括移动机构，太赫兹源4和太赫兹探测器5均互呈夹角固定在该移动机构的驱动端。

移动机构包括水平移动组件，带动太赫兹源4和太赫兹探测器5沿非金属材料7所在的水平面移动。

优选地，移动机构还包括竖直移动组件，该竖直移动组件的输出端连接水平移动组件。

优选地，移动机构采用步进电机作为驱动电机。

太赫兹源4和太赫兹探测器5一一对应设置，太赫兹源4和太赫兹探测器5的组合为一个或多个。

波形显示器6显示有太赫兹源4的输入信号、非金属材料7表面上的反射脉冲峰信号和缺陷的脉冲反射信号。

如图2所示，本方案工作原理为：太赫兹源4产生的第一脉冲太赫兹信号照射到绝缘材料比如开关的绝缘拉杆、变压器的绝缘纸板等样品，在绝缘样品表面上反射第二脉冲峰信号，部分太赫兹信号继续在绝缘材料样品内部传输，当绝缘材料试样内部有缺陷时，会引起传输速率的变化并产生第三脉冲反射信号。采用本实施例的非金属材料7脉冲反射信号探测设备通过反演分析表面反射的第一脉冲太赫兹信号和从试样内部反射的第二脉冲峰信号，对比分析其峰位和波形，最终就可以得到缺陷产生的第三脉冲反射信号，可用于分析缺陷的深度、位置和形状等信息。

由于太赫兹是介于毫米波与红外光之间的超高频电磁信号，太赫兹光谱成像系统中使用大量的光学元件用于信号的聚焦和传输，其检测缺陷在深度方向的分辨率可达20μm、水平方向分辨率可达0.2mm，经改造后的设备对于任何意外的搬动和振动都会使信号偏离和丢失，造成漏检或误差非常大。因此，设备一经改造完成，只能定点固定在实验室某一个地方。

脉冲太赫兹检测系统各主要组成部分的工作流程如下：

激光器1模块和异步采样控制模块2是整个系统的核心，其主要作用是能够高速稳定的产生脉冲太赫兹信号。其中包括两个重复频率稍有差别的飞秒激光、异步采样控制模块2。

飞秒激光产生的信号在信号放大和处理模块的作用下，放大处理泵浦到太赫兹源4上产生脉冲太赫兹信号。脉冲太赫兹信号经过测量平台移动扫描，对绝缘材料试样比如圆柱状的绝缘拉杆或者平面状的绝缘纸板测量分析。试样反射的脉冲太赫兹信号被太赫兹探测器5接收并传输至信号放大处理模块3。

波形显示器6显示有太赫兹源4的输入信号、非金属材料7表面上的反射脉冲峰信号和缺陷的脉冲反射信号。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，用于对非金属材料(7)进行脉冲太赫兹反射信号探测，其特征在于，所述设备包括激光器(1)、信号放大处理模块(3)、太赫兹源(4)、太赫兹探测器(5)和波形显示器(6)，所述激光器(1)连接有异步采样控制模块(2)，所述激光器(1)的输出端连接信号放大处理模块(3)，并输出太赫兹信号传递给所述太赫兹源(4)；所述太赫兹源(4)的输出端和太赫兹探测器(5)的探测端均正对非金属材料(7)的表面，所述太赫兹探测器(5)的输出端连接信号放大处理模块(3)，并输出探测信号传递给波形显示器(6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述太赫兹源(4)和太赫兹探测器(5)互呈夹角设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述设备还包括移动机构，所述太赫兹源(4)和太赫兹探测器(5)均互呈夹角固定在该移动机构的驱动端。

4.根据权利要求3所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述移动机构包括水平移动组件，带动所述太赫兹源(4)和太赫兹探测器(5)沿非金属材料(7)所在的水平面移动。

5.根据权利要求4所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述移动机构还包括竖直移动组件，该竖直移动组件的输出端连接所述水平移动组件。

6.根据权利要求3所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述移动机构采用步进电机作为驱动电机。

7.根据权利要求1所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述太赫兹源(4)和太赫兹探测器(5)一一对应设置。

8.根据权利要求7所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述太赫兹源(4)和太赫兹探测器(5)的组合为一个或多个。

9.根据权利要求1所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述非金属材料(7)包括开关的绝缘拉杆、变压器的绝缘纸板。

10.根据权利要求1所述的一种基于脉冲太赫兹的非金属材料脉冲反射信号探测设备，其特征在于，所述波形显示器(6)显示有太赫兹源(4)的输入信号、非金属材料(7)表面上的反射脉冲峰信号和缺陷的脉冲反射信号。

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