第十五章 太赫兹在无损检测及航天器检测中的应用
基于太赫兹波的无损检测技术研究
基于太赫兹波的无损检测技术研究随着科技的发展，无损检测成为现代工业生产中不可或缺的一部分，而太赫兹波的应用，则正在成为无损检测的一项新技术。
一、太赫兹波的应用和优势太赫兹波是介于微波和红外线之间的电磁波，其频率范围在0.1GHz～10THz。
太赫兹波被广泛应用于材料物性研究、生物医学、通信等多个领域。
太赫兹波具有穿透性强、非电离辐射、对生物和材料无害性等特点。
太赫兹波可以与物质相互作用，根据物质的反射和透射特性，得到物质的信息，因而成为了无损检测领域研究热点。
二、基于太赫兹波的无损检测技术太赫兹波无损检测技术是指利用太赫兹波与被检测物体相互作用，通过检测太赫兹波的透射、反射等特性，得到物体的信息并进行分析和判断的一种检测方法。
基于太赫兹波的无损检测技术具有以下特点：1. 非破坏性太赫兹波是非电离辐射，对被检测物体无任何伤害，不影响物体的物理性质。
2. （成像）分辨率高太赫兹波的波长在0.1mm～1mm之间，远远小于微波和红外线的波长，因此可以获得高分辨率的成像效果。
3. 多参数检测太赫兹波可以同时测量物体的折射率、吸收系数、振动频率等多个参数，从而更全面地了解物体的性质。
三、基于太赫兹波的无损检测技术在工业领域中的应用目前，基于太赫兹波的无损检测技术已经应用于工业领域，主要应用于以下几个方面：1. 金属材料的无损检测太赫兹波可以穿透金属，通过检测金属的电磁性质，可以得到金属的厚度、材质、缺陷等信息，对金属材料进行无损检测。
2. 塑料及复合材料的无损检测太赫兹波可以通过检测材料的电磁性质，来判断材料的密度、水分含量、缺陷等。
3. 铝合金的无损检测太赫兹波可以穿透铝合金，通过测量铝合金的吸收系数、折射率等特性，可以得到铝合金的质量、机械性能等信息。
4. 轮胎内部缺陷检测太赫兹波可以穿透橡胶材料，通过检测轮胎内部橡胶缺陷的电磁性质，可以得到轮胎内部缺陷的位置、大小等信息。
四、基于太赫兹波的无损检测技术的应用前景当前，太赫兹波无损检测技术依然处于发展阶段，但是随着科技的进步和市场的需求，无损检测技术市场将逐步扩大，太赫兹波无损检测技术也将会得到越来越广泛的应用。
太赫兹波无损检测新技术及其应用
由于 T Hz 波的独特优点 ,它在物体成像 、环境 监测 、医疗诊断 、射电天文 、卫星通讯和军用雷达等 方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景 。最典 型的案例是探测航天飞机隔离层泡沫中的缺陷[1] 。
2003 年 2 月 1 日刚刚完成 16 天 ( d) 航行的哥 伦比亚号航天飞机即将返回地球 ,还有 16 min 着陆 时 ,在距离得克萨斯上空 62 km 的高空发生爆炸 , 机上七名宇航员全部遇难 。调查委员会的初步认定 和模拟试验都认为哥伦比亚号的悲剧应该归因于外 置燃料箱的一块手提箱大小的泡沫隔离层的脱落对 航天飞机左翼的撞击 。因此对于泡沫材料中缺陷的 检查成为确保以后安全发射的关键 。为了探索太赫 兹波成像技术检测泡沫材料缺陷的可能性 ,美国纽 约州伦塞勒工学院太赫兹研究中心的研究人员测量 了一系列预先设置缺陷的泡沫材料样品 。这些样品 均是由航天飞机燃料箱的制造商按照真实航天飞机 泡沫隔离材料的规格制造的 。泡沫样品中可能产生 的缺陷有空洞 (空气泡) 和脱胶 (两泡沫层间脱离或 泡沫层和底板间脱离) ,大小为 < 6. 36～50. 8 mm ( < 0. 25～2 in. ) ,埋藏深度为 6. 36～228. 6 mm (2. 5 ～9 in. ) ,不仅分布在铝制底板上 ,并且散布在纵桁 和凸缘的边缘地带或底端 。通过从顶部和侧面入射 太赫兹波脉冲并纪录其反射波 ,研究人员成功探测 到 57 个缺陷中的 49 个 。这一结果在同时使用的四 种无损检测方法 (其它为超声 、射线和红外热波) 中 效果最好 。充分证明太赫兹波的确可以对航天飞机 燃料舱的隔热材料进行有效的无损探伤 ,使得太赫 兹波成像被美国宇航局选择为在以后的发射中可能 用来进行缺陷探测的四种技术之一 。
太赫兹波无损检测技术在材料评估中的应用
太赫兹波无损检测技术在材料评估中的应用在材料制造和评估领域，无损检测技术一直都是非常重要的一项工具。
太赫兹波无损检测技术，作为一种新兴的技术手段，近年来受到越来越多的关注。
这种技术可用于不同领域的材料评估，如金属、聚合物、复合材料、混凝土、岩石等。
在本文中，我们将详细介绍太赫兹波无损检测技术在材料评估中的应用。
1. 太赫兹波无损检测技术简介太赫兹波可以看做是电磁辐射的一种，它处于微波和红外线之间的频率范围内，大约从0.1到10太赫兹。
太赫兹波的波长很短，与微波和红外线相比，太赫兹波的波长大约在0.3到3毫米之间。
太赫兹波的这种特别频率范围使得它在很多领域均可用于无损检测。
太赫兹波无损检测利用了太赫兹波在介质中传播时会受到被检测材料的物理特性的改变而导致信号发生变化这一特点。
太赫兹波与材料的相互作用可用于研究不同材料的电学、光学、热学等物理性质。
2. 太赫兹波无损检测技术在材料评估中的应用太赫兹波无损检测技术在材料评估中的应用越来越广泛。
下面我们将从材料复合性能的评估、水泥混凝土中缺陷的检测和表面涂层的质量评估三个方面来介绍太赫兹波无损检测技术在材料评估中的应用。
2.1 太赫兹波无损检测技术在材料复合性能的评估中的应用太赫兹波可以用来评估材料的复合性能，如纤维增强复合材料（FRP）的力学性能和热学性能等。
XXXX公司开发了一种太赫兹波无损检测便携式产品，可用于FRP中纤维朝向的检测。
该产品可实现从复合材料表面到深度3毫米处的太赫兹波信号收集，并可通过适当的算法将其转换为FRP复合材料中不同层面的均方根（RMS）值。
RMS值可以用于评估纤维-基体界面的质量，因此可用于评估FRP的力学性能和热学性能等。
2.2 太赫兹波无损检测技术在水泥混凝土中缺陷的检测中的应用在水泥混凝土中，应力集中和破裂面会导致隐含的缺陷。
太赫兹波无损检测技术可用于检测这些缺陷。
太赫兹波在水泥混凝土中的传播特点、反射和散射等特点可用于检测混凝土中的缺陷。
太赫兹技术在铁路安检中的应用
太赫兹技术在铁路安检中的应用随着铁路行业的快速发展，高速铁路的重要性越来越突出。
与此同时，人们对铁路安全问题的关注也在增加。
铁路安检是保障铁路安全的一项重要措施。
传统的安检设备通常采用金属探测器和X射线等技术来检测被检查物体的金属和非金属部分。
但是这些安检设备存在很多局限性，例如X射线容易对人体造成辐射损伤，金属探测器只能检测出金属物品等。
近年来，太赫兹技术在铁路安检中逐渐被引入，取得了良好的效果。
本篇论文将重点论述太赫兹技术在铁路安检中的应用。
一、太赫兹技术概述太赫兹波又称次毫米波，是介于毫米波和红外线之间，频率在0.1~10THz之间的电磁波。
太赫兹波从二十世纪六十年代开始被发现和研究，在物理学、化学、生物学等领域有着广泛的应用。
随着科技的不断进步，太赫兹技术也发展日益成熟。
太赫兹波具有特殊的物理特性，包括电磁波的渗透力强、谱线宽、对物质非破坏性等，因此在无损检测、医学成像、安保检测等方面有着广泛的应用前景。
二、太赫兹技术在铁路安检中的应用太赫兹技术在铁路安检中的应用主要涉及到太赫兹成像技术和太赫兹谱学技术两方面。
1、太赫兹成像技术太赫兹成像技术是指采用太赫兹波进行成像的技术。
由于太赫兹波在物质中的渗透力强，可以穿透非金属物体并且对物质非破坏性，因此它可以用来检测被检查物体的内部结构，如隐藏在行李或者物品内部的危险物品。
与传统的安检设备相比，太赫兹成像技术具有以下优点：（1）太赫兹成像技术可以穿透非金属物体，很容易检测出隐藏在行李或物品内部的危险物品，如爆炸物、毒品等。
（2）太赫兹成像技术对物品没有破坏性，可以有效避免被检查物品受到损伤。
（3）太赫兹成像技术可以大大减少人工干预需要，节省时间和人力成本。
比如，在中国，太赫兹成像技术被应用在高铁站、机场等重要场所的安全检查中。
太赫兹成像技术可以快速检测到行李内部的危险物品，从而为保障交通安全提供了重要的手段。
2、太赫兹谱学技术太赫兹谱学技术是指利用太赫兹波的谱线来检测物品并识别物品的成分。
太赫兹波技术在安全检测中的应用研究
太赫兹波技术在安全检测中的应用研究太赫兹波技术是一种新兴的光电子技术，其波长位于毫米波和红外线之间。
与其他电磁波相比，太赫兹波具有较高的穿透力和较低的散射能力，能够在物体内部非侵入式探测，并且可以同时获得物体的形态、组成和运动等信息。
因此太赫兹技术在安全检测领域中有着广泛的应用前景。
在生物医学应用方面，太赫兹波能够探测人体内部组织的物理和化学特性，诊断医疗领域是太赫兹波技术的一大应用方向。
在食品安全检测方面，太赫兹技术具有识别物质成分、检测食品质量和控制食品安全等重要作用。
例如，太赫兹波可以快速检测水果、蔬菜中的化学残留物、在不损伤食品品质的前提下，对垃圾与实心食品进行分离，减少人工分拣及污染的风险。
在环境监测中，太赫兹技术广泛应用于大气、水、土地等方面的质量检测。
太赫兹波在安全检测中的应用非常广泛，其中一种是在无损检测领域的应用。
太赫兹波具有高精度、高灵敏度等优点，可以对物体进行精准的表面检测，例如表面裂纹、无纺布层次等。
在材料领域中，太赫兹技术可以用来检测和评估材料的物理和机械性能。
太赫兹反射二项式法等技术都有广泛应用，用于对金属焊点、可溶性缺陷、涂层堆积、嵌入异物等一系列问题进行检测和分析，发现和预测问题，有助于材料的质量和控制。
在安全检测中，太赫兹技术还应用于药品和烟草产品的检测。
例如，通过太赫兹技术可以对药品的物理性质进行检测，并检测其内部组分和配制方法。
同时，太赫兹技术也可以用于烟草产品和饮料中的成分分析和检测。
此外，太赫兹技术还可以应用于配合紧急救援、药品快速检测、生物、化工及核工业的安全检测等应用场合。
总的来说，太赫兹波技术在安全检测中的应用十分广泛，并具有非常重要的作用。
随着太赫兹技术的完善和发展，其应用场景也将更加广泛，对于人类社会的安全和生命健康有着重大的贡献。
同时，对于太赫兹技术的发展，也需要相关技术人员不断探索和创新，加强学术交流和开展深入研究，为太赫兹技术的应用和发展贡献更多的力量。
太赫兹光谱技术的研究与应用
太赫兹光谱技术的研究与应用随着科技的不断进步和发展，人类探索和研究物理世界的方法也在不断创新和更新。
太赫兹光谱技术就是其中较新颖的一种方法，由于它在材料识别、无损检测等方面有着广泛的应用，近些年来备受研究机构和企业的青睐。
本文将从概述太赫兹光谱技术的原理和特点开始，探究它在材料分析和无损检测、安检、生物医学等方面的应用前景。
一、太赫兹光谱技术的原理和特点太赫兹波段是介于微波和红外线之间、频率约为0.1-10 THz（1THz=10的12次方赫兹）的一种电磁波。
太赫兹波段的能量较低，作为真空中的电磁波又能被大气层所穿透，因此在材料结构、成分的探测、目标物的无损检测、安检等方面都有着广泛的应用前景。
太赫兹光谱技术是一种非破坏性的、高精度的分析和识别材料的方法，它主要是利用太赫兹波段电磁波与材料相互作用产生的反射、吸收、透射等特性来探测和分析材料的成分、结构等信息。
相比于传统的光谱技术，太赫兹光谱技术有以下几个特点：1.非破坏性由于太赫兹波段电磁波的能量较低，不会对被测试的材料产生破坏性的影响，因此太赫兹光谱技术可以被广泛地应用于无损检测领域。
2.高精度太赫兹光谱技术可以测量的是材料的结构和成分信息，这在某些情况下比仅仅通过表面形态特征的方法来进行检测更有优势，可以得到更为精准和可靠的数据信息。
3.操作简单相比于其他一些高科技测试工具，太赫兹光谱技术的设备较为简单，且已经能够商业化批量生产，因此广泛地应用于多个领域，包括安检、材料检测、医疗领域等等。
二、太赫兹光谱技术在材料分析和无损检测领域的应用1. 材料分析太赫兹光谱技术可以帮助材料科学研究者探测和分析材料中的缺陷、结构、合成物等信息。
太赫兹光谱技术可以拓展传统的X 射线、红外线、质谱等技术不能测量的材料特性。
因而，太赫兹光谱技术可以在分子结构、晶体结构和利用光电功能等领域实现对材料的深层次分析。
太赫兹技术的材料不再局限于金属材料、塑料、陶瓷材料等，还涉及到了生物医学、化工合成、天然产物和纳米材料等多个领域的研究。
太赫兹无损检测在工程材料中的应用研究
太赫兹无损检测在工程材料中的应用研究工程材料是建设产业的核心资源，质量是决定生产效率和建筑质量的关键。
因此，在材料制造的各个环节都需要检测过程中的缺陷和不良，以便及时调整和完善生产流程。
太赫兹无损检测技术是一种能够穿过物体而不造成任何破坏的检测技术，因此能够在保证材料完整性的前提下，检测其中的缺陷，本文将就太赫兹无损检测技术在工程材料中的应用研究进行探讨。
一、太赫兹无损检测技术概述太赫兹波段（THz）位于微波波段和红外波段之间，其频率在300 GHz到10 THz之间。
太赫兹波段有良好的穿透性，可以穿透大多数非金属材料，如纸、塑料、瓷砖、混凝土等。
为此，太赫兹技术已经广泛应用于医学、生物、安检等领域。
太赫兹无损检测技术将太赫兹波辐射源从工程材料上穿过，通过探测器收集反射波的同步振幅和相位信息，然后从这些信息中提取有关材料的物理参数，如厚度、介电常数和损耗系数等，从而识别缺陷和异常变化。
具有分辨率高、灵敏度高、速度快等优点。
因此，太赫兹无损检测技术应用在工程材料中具有广泛的应用前景。
二、太赫兹无损检测技术在工程材料中的应用1、混凝土缺陷检测混凝土是建筑工程中常用的材料，其强度和耐久性是关键的指标。
然而，在制造与使用过程中，混凝土中常常存在一些缺陷，如裂缝、气孔、孔洞、缺陷、碳化等，这些缺陷一旦引发流动，后果将是不可估量的。
基于太赫兹无损检测技术，可以对混凝土进行高效、精确的缺陷检测，精确定位混凝土中存在的缺陷位置和大小。
此外，太赫兹无损检测技术还可以检测混凝土中的激光增塑等制造过程中的缺陷，并为后续处理提供了有力保障。
2、电气绝缘材料检测电气绝缘材料主要用于电力设备中，如高压变压器、电容器和绕组的绝缘层等。
这些材料的电性能直接影响到电气设备的安全运行和效率。
太赫兹无损检测技术可用于检测电气绝缘材料的缺陷和老化程度，如检测绝缘层的厚度变化和透湿率等重要参数，以及定位和监测缺陷和裂缝的扩散和变化。
因此，太赫兹无损检测技术成为电力传输行业中非常重要的工具。
解读太赫兹在安检方面的应用
解读太赫兹在安检方面的应用
安检仪上应用太赫兹，将大大超越传统的安检手段，填补人体安检领域的空白，是对当前安检手段的重要补充。
12月12日，人民日报海外网“中国新发现·安徽故事”全媒体采访团来到合肥市高新区博微太赫兹信息科技有限公司，带你真正感受太赫兹技术的魅力。
超越传统，天生的安检“专家”何为太赫兹？它是指频率介于0.1~10THz之间的电磁波。
从空间分辨率的角度来看，它比传统的微波毫米波的波长要短，所以空间分辨率高；从穿透能力来看，它比红外和可见光的波长要长，所以穿透能力强。
太赫兹波因此比较合适用于成像，特别是用于穿透成像。
博微太赫兹信息科技有限公司总经理武帅告诉记者。
“恰好我们常见的安检，就要用到这种穿透成像的技术。
”武帅告诉我们，太赫兹人体安检仪就是通过被动接收人体发出的太赫兹波，经处理转换后，形成人体的二维太赫兹“快照”。
一旦穿在身上的衣物中隐藏有物品，就会吸收和阻拦部分或全部人体太赫兹波，使得“快照”中对应物品所在的位置和人体背景之间产生强度对比，从而探知到物品的存在，并在显示屏上显示物品的形状、大小和其所在的位置。
它的出现，大大提升了国内的安检水准，不仅节约了成本，还提升了被安检者的体验度。
目前，博微太赫兹人体安检仪已经成功应用在新疆多个地区重要卡口、检查站，给边防查缉工作带来了最新的安检技术手段。
首届中国国际进口博览会也采用了太赫兹安检系统，取得了良好的应用效果。
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第十五章 太赫兹在无损检测及航天器检测中的应用 15.1 应用时域太赫兹探测航天飞机隔离层中的缺陷 太赫兹脉冲成像技术被应用于航天飞机隔离层泡沫材料中缺陷的探测。通过逐点扫描的方法得到各个点的时域波形。然后分析波形的变化来判断缺陷的大小，形状，位置和种类。太赫兹脉冲成像技术有微波成像系统的优点： （1）对非金属的穿透能力强，其衰减系数比超声波小2-3个数量级； （2）有极宽的频谱可供使用，可根据被测对象的特点选择不同的测试频率； （3）除能检测体积型缺陷外，还能检测x射线难以检测的平面型缺陷，如裂纹、分层、脱粘等； （4）非接触式检测，无需使用祸合剂，避免了祸合剂对特殊构件的污染和相互作用； （5）检测效率高，易于实现实时监控； （6）测量本身就是电信号，无需进行非电量的转换，从而简化了传感器与处理器的接口； （7）在烟雾、粉尘、水汽、化学气氛以及高低温环境中对检测信号的传播影响极小。 2003年2月1日，刚刚完成16天航行的哥伦比亚号航天飞机即将返回地球，还有16分钟着陆的时候，在距离得克萨斯上空62公里的高空发生爆炸。机上7名宇航员全部遇难。5个月之后，虽然尚未对事故原因做出明确的定论，但是事故调查委员会相信哥伦比亚号的悲剧应该归因于外置燃料箱的泡沫隔离层的脱粘所致，如图 15-1所示。 图15-1 哥伦比亚号航天飞机失事原因 如上图所示，（a）为哥伦比亚号航天飞机，图中白色箭头所指之处就是泡沫脱粘的地方，（b）外置燃料箱的泡沫隔离层内部结构的示意图，（c）航天飞机机翼被泡沫所砸出的洞。在初步报告中，调查委员会认为：根据地面上的长焦距摄像显示，在航天飞机升空的过程当中有一块泡沫材料脱落并与机身发生了撞击。导致这种悲剧的原因可能是由于泡沫中存有缺陷，一块手提箱大小的泡沫绝缘材料在起飞过程中发生脱离，然后击中航天飞机的左翼并在隔热板上砸出一个洞来。当航天飞机重返大气层的时候，隔热板上的这个洞使3000摄氏度的高温气体进入了左翼，融化了它的金属支架，最终导致机毁人亡。在一次模拟试验中，美国宇航局的研究人员将泡沫隔离块射向航天飞机机翼, 泡沫隔离块在飞机机翼的隔热板上撞出一个16英寸大小的洞。这一实验有力地支持了上述假设。据称，这已经不是第一次发生泡沫隔离材料撞击航天飞机的事情了，类似的情况在以前的发射中至少发生过7次。因此，泡沫材料中缺陷的检查成为确保之后航天飞机安全发射的关键所在。 太赫兹波成像被美国宇航局选为未来探测发射中缺陷的四种技术之一。这四种技术包括：太赫兹成像，X光成像，超声波成像和激光剪切力成像。已经证明：泡沫塑料材料在太赫兹波段具有非常低的吸收率和折射率。因此，太赫兹波可以穿过几英寸厚的泡沫材料，并探测到深埋其中的缺陷。图 15-2和图 15-3分别给出了航天飞机使用的泡沫绝缘材料SOFI（Sprayed-On Foam Insulation）在太赫兹频段的吸收率和折射率曲线，以及对它进行检测的太赫兹成像装置。传统成像技术只能提供每个像素的强度信息，而太赫兹时域成像记录了每个像素点上太赫兹脉冲的整个时域波形，从而提供了多维信息。举例来说，记录各个交界层反射的太赫兹脉冲后，利用太赫兹成像就能看到不同层中存在的缺陷。
图 15-2 SOFI对太赫兹波的吸收系数曲线和折射率曲线 图 15-3 太赫兹波成像装置和SOFI（Spray-on Foam Insulation）的照片 通过测量一系列预先存在缺陷的泡沫材料样品，可以来研究太赫兹成像技术在检测泡沫材料缺陷方面的应用。这些样品均是由航天飞机燃料箱的制造商洛克希德--马丁公司按照真实航天飞机泡沫隔离材料的规格制造的。图 15-3中的探测样品名为PAL Ramp Pannel SOFI。这块样品面积为2英尺乘2英尺，材料的厚度分布从2英寸到9英寸。另外，它还具有十分复杂的底板结构，包括三个纵桁和两个凸缘。样品由两层SOFI组成，中间被绝热材料隔开。其中预埋了两种燃料箱隔离层中可能出现的缺陷：空洞（空气泡）和脱胶（两层泡沫脱离或泡沫和底板脱离），大小从1/4英寸到2英寸。这些预埋缺陷最深可达9英寸，最浅只有1/4英寸，不仅分布在铝制底板上，同时也散布在纵桁和凸缘的边缘地带或底端。将太赫兹脉冲从顶部和侧面入射，记录其反射波，并从57个缺陷中成功探测到49个。有3个缺陷受其所在位置限制，太赫兹脉冲无法照射到。
图 15-4 空洞缺陷处的反射脉冲波形（虚线）与正常点的波形（实线） 图 15-3中还显示了太赫兹成像系统，太赫兹波从样品顶部进行扫描。太赫兹脉冲的产生采用飞秒激光照射大孔径GaAs天线的方法，并通过4英寸焦距的抛物面镜聚焦在样品上。反射的太赫兹射线经由一个平面镜反射后，被另一个抛物面镜会聚并聚焦到探测晶体上。最终，利用电光晶体（<110>晶向的ZnTe晶体）通过电光取样的方式记录下太赫兹脉冲的时域波形。在太赫兹波扫描样品的过程中,如果太赫兹脉冲在某一位置经过了缺陷，则此处的反射脉冲波形与临近的正常点波形会有所不同。具体来说，如果通过的缺陷是空洞，那么这个脉冲所经过的光程比临近点要小，波形的变化具体体现在脉冲峰值的时间延迟和强度变化上。如果通过的缺陷是脱胶，则由于缺陷上下表面反射脉冲的相互叠加，波形的变化一般体现在波包的展宽（频率变化）等细微变化上。将每个像素点用一个波形特征值表示，样品中的缺陷就会在特征值的二位图中显现出来(见图 15-4)。概括而言，图像处理过程主要用到的太赫兹波特征信息有三种：峰值到达时间，峰值强度和形状变化。下文中将会分别讨论这三种信息的处理情况。 15.1.1将时间和强度的峰值信息处理 最直接的方法是将各波形最大值的强度和时间做成二维矩阵，用不同深浅的灰度来代表强度大小，缺陷位置将会呈现与邻近位置反差较大的灰度。缺陷部位对太赫兹波的调制往往很小，直接的强度和时间矩阵不能提供足够的反衬度。交叉相关(cross correlation)的处理方法可以用来提高反衬度，更精确地定位缺陷位置。该算法的表述如下： []
∑∑∑
−−−−−×−=iiimYdiYmXiXmYdiYmXiXdr22))(())(())(())((
)(, (15-1)
其中，X和Y分别是两组时域空间的波列（X为参考波）；r是X和Y的交叉相关波列；d是X和Y 波列之间的时间延迟，也是r波列中的序列号；i是序列号；mX和mY分别是X和Y数组的平均值。r波列体现了Y波列与X波列之间的相关性。 但大多情况下，样品本身厚度不均或底板不平所造成的时间或强度的峰值变化会超过缺陷本身造成的变化。利用一个平均值过滤器过滤二维峰值矩阵，将得到的矩阵与初始矩阵相减，可以减掉低频噪声，体现出缺陷的位置。这种方法一般用来处理空洞缺陷。 15.1.2 对波形变化的处理 某些缺陷不能引起太赫兹脉冲峰值或峰值到达时间的明显变化（如小的脱胶），但在反射面处可能引起脉冲形状的变异。处理这种变异就能测得缺陷的位置。先将波形的时间和强度分别作归一化处理，使所有波形具有相同的峰值强度和时间。之后，在几个窗口中比较波形的各个特征部分（极大值、极小值等等）。这种方法对脱胶缺陷等差别较小的缺陷十分有效。另外，还能通过计算归一化后波形的系统偏差来寻找异常点。计算系统偏差的公式如下
2112)))((1(∑=−=nimXiXns, (15-2)
也可将已知缺陷的波形设为标准波形，与所有波形进行比较或计算相关系数。这种方法也对脱胶缺陷十分有效。
图 15-5 缺陷处的太赫兹波图像 如上图所示，(a) 利用从底板反射的太赫兹波得到的缺陷的像； (b) 利用从交界面反射的太赫兹波得到的缺陷的像；(c)图为从正侧面（(b)图的上部）入射样品的横截面图，它显示了部分缺陷的分布。57个预埋缺陷中含有25个空洞和32个脱胶。与脱胶处相比，空洞太赫兹图像的对比度更高。太赫兹波能显示出0.25英寸到1.5英寸大小的空洞，其中绝大多数具有很高的可信度。少数缺陷可信度不高的原因是它们与某些结构距离太近。例如金属螺钉，这些结构在太赫兹波图像上具有极高的对比度，因此影响了缺陷的分辨。32个脱胶缺陷中有24个可以被太赫兹成像技术探测到。没有被探测到的缺陷中有3个缺陷无法被太赫兹波照射到。大于1英寸的脱胶一般能被清晰地分辨出来，而小于0.5英寸的脱胶则很难探测到。 15.2 连续太赫兹波成像系统的无损检测 连续太赫兹波（CW）成像系统所成的像仅仅能提供相关的强度数据，但并不提供任何关于它的深度、频域和时域的信息。然而，透射能量图在很多应用方面已经足够了。在深度损耗、频域和时域的信息交换中，CW 成像是一种集成、简单、快速、相对便宜的系统。系统中利用耿氏二极管振荡器做源，无偏置肖特基二极管做探测器，成像采取反射式。与脉冲成像系统相比，此系统省去了泵浦-探测成像系统，所需的元件数量很少，光学复杂性大大减小。同时系统也无需时间延迟扫描，成像速度得到了大幅度提高（CW成像系统原理可以参见本书第5章）。 整套系统装置如图 15-6所示，这套装置是首都师范大学物理系太赫兹光谱与成像实验室的0.2THz 连续波成像系统的实物照片，它主要包含五个部分：THz组件、平移台、电路板、电源和计算机。其中，最主要的部分是THz组件，它集发射器、探测器、聚焦和传导光束的元件于一体。
图 15-6 (a)0.2THz连续波成像系统实物图；(b)样品实物图。
SOFI是航天飞机所使用的绝缘泡沫，在太赫兹波段有低反射率和吸收。而用于检测的泡沫含三十个人工缺陷，如图 15-6b所示。由于对光的散射作用，缺陷显示为暗的边缘。其检测结果如图15-7所示，30处缺陷只检测出28处，而那两处缺陷之所以没有被检测出来，是因为泡沫板后面的两个金属反射板的倾角太大，导致信号丢失。
图 15-7 泡沫板的检测结果 上文所介绍的检测结果主要是美国伦斯勒理工大学太赫兹研究中心的实验结果，接下来将会介绍一下首都师范大学物理系太赫兹波谱与成像实验室（以下简称为太赫兹实验室）在航天材料的无损检测方面所作的一些研究工作。 太赫兹实验室利用图 15-6(a)所示的CW系统已经成功检测出了预埋在铝制泡沫面板中的四个人工缺陷。其中，被检测样品是由火箭燃料箱泡沫隔离层材料制成