太赫兹时域光谱(Terahertz Time-Domain Spectroscopy,THz-TDS)技术作为一种新兴的无损检测手段,研究太赫兹波在被测样品中的传播特性,能够实现物理信息和化学信息的快速准确测量。太赫兹时域光谱技术具有频率分量高、高时空分辨率、波谱信息丰富等独特优势,特别适用于板结构非接触、快速、全面的无损检测。本课题从理论分析、系统搭建、实验研究、信号分析与成像技术等方面系统而深入地研究太赫兹时域光谱技术,用于实现板结构厚度测量和缺陷定量检测。主要研究内容如下:(1)太赫兹检测理论研究。介绍太赫兹波光谱特性和激励探测机理,研究脉冲太赫兹信号的时频传播特性,探讨太赫兹波和介质相互作用过程,形成被测物太赫兹波段的多参量表征,确定多层材料参量差异(如折射率、吸收系数和厚度)对太赫兹波传播特性的影响,以揭示太赫兹时域光谱技术检测机理,为板结构的太赫兹时域光谱检测技术研究提供理论指导。(2)太赫兹时域光谱检测系统研发。搭建一套针对板结构的太赫兹时域光谱检测实验系统,开发太赫兹时域光谱自动化检测软件,基于硬件驱动与通信、波形采集与传输、信号处理与分析的总体设计,自主实现延迟线机构快速扫描、太赫兹波信号精确采集、特征值自动提取和微米级样品厚度测量等功能,从而进行板状样品厚度测量和缺陷定量检测实验研究。(3)太赫兹时域光谱厚度测量技术研究。首先,探究脉冲太赫兹波与样品间的相互作用机理,提出一种针对反射模式下复合材料折射率测定方法。随后,依据研发的太赫兹时域光谱检测系统,针对单层复合材料和多层复合材料,进行各层材料厚度测量的实验研究,并评估分析实验结果的检测精度。最终基于太赫兹时域光谱技术实现复合材料折射率计算和材料微米级厚度测量。(4)基于太赫兹时域光谱成像技术的缺陷定量检测研究。首先,结合不同缺陷在太赫兹波段传播特性,分析板状材料缺陷特性响应,开展多种时频特征参量成像方法。随后,针对金属钢板上两种不同大小和位置的孔洞缺陷进行成像检测实验研究,并对比分析时频成像方法的缺陷检测效果。最终基于太赫兹时域光谱成像技术重构材料内部介质信息,实现缺陷成像识别和定量检测。