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自動化檢測中的太赫茲技術應用

來源: 作者:admin 點擊:304

關鍵詞自動化檢測,太赫茲,連續波,脈沖波


應用可視光源檢測的傳統機器視覺檢測系統無法解決工業自動化領域的一些特殊問題:例如,可視光無法穿透不透明的洗發水瓶子,就無法檢測瓶子內部液體是否達到標準。此外,傳統技術也面臨著其他挑戰,例如,無法直接測量封閉工件的內直徑、外直徑,LED照明和固態相機傳感器能夠通過拍攝圖像測量外直徑,但無法測量內直徑。


而太赫茲傳感器可以解決以上問題,因為太赫茲波可以穿透不透明材料,如布料、紙張、木頭和塑料,這些物體的缺陷可以通過百億赫茲波長可視化。


太赫茲技術


太赫茲波(THz)的電磁波光譜介于微波和紅外波之間,波長范圍為1mm-100μm, 頻率從300GHz – 3THz之間。相對于x光能量,THz 波由于光子能量極低,具有無創性和非電離性。


圖1:太赫茲波(THz)的電磁波光譜介于微波和紅外波之間,波長范圍為1mm-100μm


太赫茲系統有連續波和脈沖波兩種模式。在連續波系統(CW)中,一個半導體被激發產生兩束太赫茲的紅外光束;在脈沖波(PW)系統中,一個飛秒(10-15s)光脈沖激發半導體產生太赫茲脈沖。連續波系統通常更加昂貴,脈沖波系統能夠提供材料特性和深度等更加詳細的信息。脈沖波系統可通過發送一個頻段的頻率(高達5THz)來獲取材料信息,而連續波系統只能通過單一頻率獲取信息。


太赫茲系統通過應用一個發射器和單點探測器來獲取被測物體表面的頻率輪廓。通過機電設備移動這些單點探測器,能夠進行2維線性掃描和3維陣列面掃描,從而獲取被測物2維和3維的頻率輪廓。


應用實例:

應用一:


為了檢測一些封閉或被遮擋物體的特性和尺寸,加拿大的TeTechS公司研發了一種Vega太赫茲在線監測系統,能夠進行偷渡測量、密度檢測、物體表面缺陷檢測,或檢測被遮擋的物體。


應用太赫茲發射器和接收器,Vaga太赫茲連續波系統通過在單一點吸收被測物體的太赫茲射線,形成一個頻率輪廓。Vega系統也能夠擴展到一個線掃描結構,能夠同時獲取排列成一條線的多個點。這種線性掃描器的檢測時間遠遠短于單點掃描器,因為后者是通過機械移動單點掃描器進行物體表面的掃描。

圖2: 太赫茲系統


圖2展示了集成在自動化應用中的太赫茲系統。在該系統中,被測物體通過傳送帶進入傳感器的視場范圍,太赫茲光波通過Vega控制盒的同軸電纜傳送,一個光電機械延遲系統用于抓拍和處理接受到的高頻率波形。信號被數字化后,通過以太網或其他船速協議傳送到標準PLC控制器上。


在左邊的圖顯示實測波形的時域太赫茲(幅度與時間),右圖顯示計算出的頻譜波形的測量使用FFT計算。時域波形可以用來表征產品的厚度,在測試時,可以使用頻率譜來識別所使用的聚合物的類型。

圖3:當時域波形(左)可以用來表征產品的厚度,在測試中,可以使用的頻譜(右),以確定所使用的聚合物的類型。


應用二:


在測試不透明的塑料或橡膠產品瓶、管子的厚度時,運用非接觸式和非創性的檢測技術非常必要。Vega提供的非接觸式、非創性的太赫茲測量系統的測量精度可高達10um。

圖4: 太赫茲檢測系統


在許多塑料分揀系統中,通過檢測塑料材料反光的近紅外電磁光譜即可進行材料分揀。然而,近紅外光技術僅僅在顏色較淺的塑料檢測中有效。如果塑料薄片是黑色的,深色的或涂色的,近紅外吸收和近紅外分離是無效的。使用tetechs Vega的連續系統可以解決這些問題。系統中,太赫茲發射器和接收器模塊被放置在距離塑料袋兩側20厘米處。通過觀察接收器模塊檢測到的太赫茲信號的幅度可獲取檢測結果:如果信號幅度低于預期,則證明該輸液袋泄露。

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