关键词:
太赫兹时域光谱技术
无损检测
缺陷检测
陶瓷纤维复合材料
摘要:
新型陶瓷复合材料凭借强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性广泛应用于航空航天、国防科技和医疗器械等多个领域。然而,该类材料在恶劣的生产与服役环境中容易出现多种缺陷,从而严重削弱其性能,因此急需一种检测准确高效、操作便捷安全的无损检测方法。近年来,高速发展的太赫兹(Terahertz,THz)技术展现出了在陶瓷复合材料无损检测领域的巨大潜能,有望发展成为一种新型的无损检测补充方法。
本文基于太赫兹时域光谱(Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技术,对陶瓷复合材料内部缺陷进行了高精度、多方位的无损检测分析。主要研究内容概括如下:
第一,基于THz-TDS技术实现了陶瓷材料内部缺陷的太赫兹光谱表征以及光学参数建模计算。通过分析小波去噪算法,滤除了太赫兹光谱信号上的高频噪声。在透射式与反射式THz-TDS系统下分别对分层、夹杂两类缺陷样品进行光谱检测,通过对比原光谱,归纳总结出缺陷光谱的典型特征,从而实现对缺陷的分类与识别。通过建立光学参数数学模型,表征缺陷样品所具备的光学性能,进一步完善缺陷检测的性能分析。
第二,基于THz-TDS技术实现了陶瓷材料内部缺陷的高分辨率成像表征分析。基于缺陷光谱典型特征,提出了一种自适应定位提取缺陷峰的峰峰值成像方法,通过聚焦缺陷信息,有效改善了太赫兹缺陷成像检测精度,改进后的成像结果平均标准差和平均空间频率分别提升12.8%和15.5%。
第三,基于图像优化算法实现了对陶瓷材料成像结果的高精度量化分析。针对现有缺陷图像分析方法进行改进,提出了一套完整的太赫兹缺陷图像分割量化研究方法。主要研究内容包括基于自适应遗传算法和二维最大类间方差法算法的协调处理,实现对现有图像分割方法速度与精度的统筹提升,通过形态学滤波增强算法滤除图像分割所产生的噪点,使用腐蚀膨胀算法实现对缺陷边缘的修正与补偿。优化后的结果平均面积相对误差低至12.75%,最小误差可达5.3%,分割量化精度显著提升。
本文所研究的基于THz-TDS技术的高精度缺陷检测研究方法,能够从光谱和成像等多个维度实现对陶瓷材料样品的无损检测分析,有效拓展了陶瓷材料无损检测的技术领域,进一步为复合材料无损检测研究提供技术支持。