以THz波为光源的红外热波检测系统
专利汇可以提供以THz波为光源的红外热波检测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种新的热波检测系统，它采用THz波作为热源对物体进行加热，并使用热成像仪监测试件表面 温度 场的变化和这种变化的出现与所施加的THz波热源在位相上的关系。其中采用同步或时序 控制器 来控制THz波的发射和成像仪的检测。利用计算机对所获得的数据进行热波传输计算处理和数据拟合，从得到的温度场变化信息获得材料内部 缺陷 和非均匀性信息。，下面是以THz波为光源的红外热波检测系统专利的具体信息内容。
1.一种用于勘测物体内各种缺陷的红外热波检测系统，其特征是：所述检 测系统由三个分系统组成，THz波光源产生系统、THz波照射加热系统、THz波 成像系统，各分系统通过光路实现协同工作。
2.根据权利要求1所述的红外热波检测系统，其中所述的THz波光源产生 系统可采用自由电子激光器、耿氏振荡器、光导天线、电光晶体即光整流、气 体激光器、半导体激光器产生THz波。
3.根据权利要求2所述的红外热波检测系统，其中所述的THz波是由一束 飞秒激光照射到电光晶体[5]上而产生的。
4.根据权利要求3所述的红外热波检测系统，其中所使用的激光波长为 780-830nm，脉宽为10-150fs。
5.根据权利要求3所述的红外热波检测系统，其中所述的电光晶体[5]为 ZnTe、GaAs、InAs、InP和GaAsP之一。
6.根据权利要求3-5任一项所述的红外热波检测系统，其中所述的THz波 成像系统包括光电转换器、二极管、锁相放大器和计算机。
7.根据权利要求3-5任一项所述的红外热波检测系统，其中所述的THz波 的产生系统与THz波的成像系统融为一体，将一激光束分为两束，其中一束用 于产生THz波，另一束用于对THz波的成像。
8.根据权利要求7所述的红外热波检测系统，其中所述的另一束激光经过 一个由反射镜[10、11、12]组成的延迟光路，与从物体[9]上反射的THz波在晶 体[5]中汇聚并受到返回的THz波的调制，最后进入成像系统。
9.根据权利要求8所述的红外热波检测系统，使用斩波器[7]为控制THz 波的控制器。
技术领域
本发明涉及无损探伤检测技术领域，尤其涉及红外热波检测的方法和仪器。
背景技术
红外热波无损探伤技术应用的范围非常广泛，例如：航空、航天、军工领 域中对飞行器的安全检测，各种工业制造行业中对产品质量的监测，对设备运 转情况的监测，产品研发过程中加载或破坏性试验后对产品的评估，探测表面 及表面下的裂纹，金属疲劳程度评估，各种粘接、焊接、涂层质量检测等等。
红外热波无损探伤技术的一个核心是针对各类试件选择不同特性的热源对 试件进行周期、脉冲、直流等函数形式的加热。
目前大多采用激光光源对物体进行加热，如US4950897、US4874251等。
US6236049中采用超声波对缺陷部分加热，并用红外成像技术检测物体表 面的温度，超声波仅加热缺陷部位，而对于其它没有缺陷的部分几乎不加热， 因此热成像所得的信号很强，以至于表面不用覆盖放射物质，而且它具有更高 的灵敏度，可以检测到更小的裂缝，或者完全闭合、垂直的裂缝。
在对其它构件检测诊断时可根据具体情况选用不同的热激励方式，包括超 声、微波、可见光、感应、电流、气、液、机械振动加热等。
THz波通常指的是波长在3.3mm-33μm(～100GHz-10THz)区间的电磁辐射， 其波段位于微波和红外光之间。由于一直缺乏有效的产生和检测方法，人们对 该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于长期以来该波段被称为电磁波谱 中的“THz空隙”。近十几年来超快激光技术的迅速发展，为THz脉冲的产生提 供了稳定、可靠的激发光源，促进了THz波辐射的机理研究、检测技术和应用 技术的蓬勃发展。
THz脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质：
(a)THz脉冲的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以进行亚皮秒、飞秒时间 分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样门测量技术，能够有效地防止背景辐射噪 音的干扰。目前，对THz波强度测量的信噪比可大于106。
(b)THz脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以 覆盖从GHz直到几十THz的范围。
(c)THz波是由相干电流驱动的偶极子振荡产生、或是由相干的激光脉冲 通过非线性光学差频产生的，具有很高的时间和空间相干性。更为重要的是， 现有测量技术可以同时获得其带宽覆盖的各频率分量的振幅和位相、而无需借 助于Kramers-Kronig关系进行后期处理，而通常的光学技术是无法做到这一 点的。
(d)THz波光子的能量只有毫电子伏特，因此不容易破坏被检测的物质。
THz波作为一种新型远红外相干光源，目前主要的应用集中在两个方面， 即THz波时域光谱分析和THz波成像研究，可能的应用包括THz波医学成像， 生物分子构象的THz波时域光谱分析，无标记DNA分子探测，THz波显微成像 等。
发明内容
本发明由三个分系统组成：THz波光源产生系统，THz波照射加热系统， THz波成像系统，各分系统通过光路实现协同工作。
目前THz波光源的产生方式有多种，如自由电子激光器、耿氏振荡器、光 导天线、电光晶体(光整流)、气体激光器(CO2)和半导体激光器。
THz波的成像是通过电光效应实现的，将激光和THz波通过电光调制元件， THz波作为相应的电场，激光通过电场发生偏转，偏转角含有物体表面温度场 序列的信息，计算机软件根据表面温度场的动态时间历程和传热学模型推算出 材料各层深度的温度或热学特性参数分布，再利用这些计算结果做层析数字图 像重构，进行缺陷刻画，显示缺陷图。
本发明的检测系统可以对任何样品进行检测，包括复合材料、金属、生物 样品等。它可以用来检测样品内部的缺陷，包括裂痕、裂缝、腐蚀等，还可用 于各种薄膜、镀膜的检测以及用于晶体杂质检测。
采用THz波作为光源进行红外热波检测，可以同时获得其带宽覆盖的各频 率分量的振幅和位相，因此，与只能测量强度的X射线相比，THz波红外热波 检测具有更好的检测结果。
附图说明
图1：采用THz波作为光源对样品进行检测的泵浦—探测系统示意图。
具体实施方式
上述实施方式中，晶体5也可以选用GaAs、InAs、InP或GaAsP电光晶体。
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