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自动化检测中的太赫兹技术应用

来源: 作者:admin 点击:280

关键词自动化检测,太赫兹,连续波,脉冲波


应用可视光源检测的传统机器视觉检测系统无法解决工业自动化领域的一些特殊问题:例如,可视光无法穿透不透明的洗发水瓶子,就无法检测瓶子内部液体是否达到标准。此外,传统技术也面临着其他挑战,例如,无法直接测量封闭工件的内直径、外直径,LED照明和固态相机传感器能够通过拍摄图像测量外直径,但无法测量内直径。


而太赫兹传感器可以解决以上问题,因为太赫兹波可以穿透不透明材料,如布料、纸张、木头和塑料,这些物体的缺陷可以通过百亿赫兹波长可视化。


太赫兹技术


太赫兹波(THz)的电磁波光谱介于微波和红外波之间,波长范围为1mm-100µm, 频率从300GHz – 3THz之间。相对于x光能量,THz 波由于光子能量极低,具有无创性和非电离性。


图1:太赫兹波(THz)的电磁波光谱介于微波和红外波之间,波长范围为1mm-100µm


太赫兹系统有连续波和脉冲波两种模式。在连续波系统(CW)中,一个半导体被激发产生两束太赫兹的红外光束;在脉冲波(PW)系统中,一个飞秒(10-15s)光脉冲激发半导体产生太赫兹脉冲。连续波系统通常更加昂贵,脉冲波系统能够提供材料特性和深度等更加详细的信息。脉冲波系统可通过发送一个频段的频率(高达5THz)来获取材料信息,而连续波系统只能通过单一频率获取信息。


太赫兹系统通过应用一个发射器和单点探测器来获取被测物体表面的频率轮廓。通过机电设备移动这些单点探测器,能够进行2维线性扫描和3维阵列面扫描,从而获取被测物2维和3维的频率轮廓。


应用实例:

应用一:


为了检测一些封闭或被遮挡物体的特性和尺寸,加拿大的TeTechS公司研发了一种Vega太赫兹在线监测系统,能够进行偷渡测量、密度检测、物体表面缺陷检测,或检测被遮挡的物体。


应用太赫兹发射器和接收器,Vaga太赫兹连续波系统通过在单一点吸收被测物体的太赫兹射线,形成一个频率轮廓。Vega系统也能够扩展到一个线扫描结构,能够同时获取排列成一条线的多个点。这种线性扫描器的检测时间远远短于单点扫描器,因为后者是通过机械移动单点扫描器进行物体表面的扫描。

图2: 太赫兹系统


图2展示了集成在自动化应用中的太赫兹系统。在该系统中,被测物体通过传送带进入传感器的视场范围,太赫兹光波通过Vega控制盒的同轴电缆传送,一个光电机械延迟系统用于抓拍和处理接受到的高频率波形。信号被数字化后,通过以太网或其他船速协议传送到标准PLC控制器上。


在左边的图显示实测波形的时域太赫兹(幅度与时间),右图显示计算出的频谱波形的测量使用FFT计算。时域波形可以用来表征产品的厚度,在测试时,可以使用频率谱来识别所使用的聚合物的类型。

图3:当时域波形(左)可以用来表征产品的厚度,在测试中,可以使用的频谱(右),以确定所使用的聚合物的类型。


应用二:


在测试不透明的塑料或橡胶产品瓶、管子的厚度时,运用非接触式和非创性的检测技术非常必要。Vega提供的非接触式、非创性的太赫兹测量系统的测量精度可高达10um。

图4: 太赫兹检测系统


在许多塑料分拣系统中,通过检测塑料材料反光的近红外电磁光谱即可进行材料分拣。然而,近红外光技术仅仅在颜色较浅的塑料检测中有效。如果塑料薄片是黑色的,深色的或涂色的,近红外吸收和近红外分离是无效的。使用tetechs Vega的连续系统可以解决这些问题。系统中,太赫兹发射器和接收器模块被放置在距离塑料袋两侧20厘米处。通过观察接收器模块检测到的太赫兹信号的幅度可获取检测结果:如果信号幅度低于预期,则证明该输液袋泄露。