HHI推出多層材料太赫茲實時厚度測量設備

04-29

美克銳科技安宏波

摘要：夫琅禾費研究所（Fraunhofer HHI）成功開發了一種經濟高效的緊湊型太赫茲測量系統T-Sweeper，基於頻域譜儀的原理，價格更經濟，可達8Hz測量速度，該系統首先將用於多層材料實時厚度測量。T-Sweeper目前正在漢諾威工業博覽會現場展出（4月23日至27日）。

太赫茲已經連續十多年成為科學界和工業界的熱門話題，人們對太赫茲技術用於機場車站的安全檢查和元件材料測試期待很高，但技術瓶頸突破目前看來仍需要很長時間。而太赫茲在非破壞性材料測試中同樣扮演著關鍵角色，其很大一部分應用是複雜系統的低解析度分析，但與目前的經典方法（如X射線和超聲波）相比，太赫茲技術一直以來被認為過於昂貴。然而近年來，隨著太赫茲標準件的設計製造，使得太赫茲檢測系統構建起來更為經濟。日前，夫琅禾費研究所（Fraunhofer HHI）成功開發了一種經濟高效的緊湊型太赫茲測量系統T-Sweeper，該系統首先將用於多層材料的實時厚度測量，例如用於噴漆流水線。T-Sweeper目前正在漢諾威工業博覽會現場展出（4月23日至27日）。

工作原理

Fraunhofer HHI此前將脈衝太赫茲技術交由Menlosystems實現技術轉化，將連續太赫茲技術交由Toptica轉化，使得這兩家公司在激光產生太赫茲市場佔據了半壁江山。而此次由Fraunhofer HHI自己推出的T-Sweeper，基於頻域譜儀原理，是全球第一台不使用脈衝激光器即可進行實時測量的設備，可實現每秒8次測量，採用了成本相對低廉的連續太赫茲波方案：兩個連續波激光源混頻，在特殊的半導體設備中將其拍頻信號轉換為太赫茲輻射，輻射頻率恰好對應於兩個激光器的差頻，且不同輻射波長可以通過改變激光波長相互之間的關係而得到。

經濟實用

過去連續太赫茲技術只能用需要800nm波長照射半導體材料來實現，而這種特殊的波長即意味著太赫茲系統的激光器和光學部件都太昂貴且不適用於工業應用。T-Sweeper成功採用1550nm激光照射半導體材料產生太赫茲波，因為1550nm激光與光通信技術中的波長標準相匹配，意味著有大量經濟高效的高質量光學元件和激光器可供選擇，這是T-Sweeper相對經濟的原因之一。另一方面，所有傳統的具有實時測試功能太赫茲系統都是基於飛秒脈衝激光器實現的，而飛秒激光器不僅技術複雜而且價格昂貴，相關的光學機械部件精度要求高製造流程複雜。與脈衝太赫茲系統相比，連續波系統具有兩個決定性優勢：激光源本身更緊湊，價格更便宜；不需要額外光機構件即可操作。

實時測量

在此之前，已有連續波太赫茲頻域譜儀產品問世（如TopticaTeraScan 1550），但它們需要幾秒到幾分鐘的時間來捕獲測量信號。相比之下，工業應用通常是這樣操作的：在生產中，機器人手臂在塗漆/塗層上的測量點上移動，並測量塗層厚度。但因為測量速度太慢，無法在工業無損檢測中實際應用。

T-Sweeper使用可快速調整的激光器（Finisar?WaveSource?）並修改數據採集演算法以適應所需的高速度，測量速度相較於已有產品提高了160倍。這使得它將有可能實現連續波太赫茲系統的實首次時材料測試。

應用示例：塗層厚度測量

油漆和塗料的檢查是非接觸式太赫茲測量技術的重要應用，且塗層厚度測量是質量保證和生產監控的重要組成部分。例如，確保最小的塗層厚度，通過減少過量材料使用可避免資源損耗。如今，電渦流式裝置可以用於金屬板材厚度檢測，但這種方法不能用於導電性差的纖維增強複合材料，即便超聲波可以在這種情況下應用，但也是以機械接觸為代價。這時就體現出太赫茲技術的優勢：1、非破壞性和非接觸式測量，2、測量結果不依賴於溫度，3、可直接測量多層系統，4、太赫茲輻射不具有電離能力，對人體無害。因此可以相信，利用太赫茲方法無損材料測試測量技術將在未來幾年內建立起來。