近年來，復合材料領域迅猛發展，越來越多的復合材料被應用在航空航天、船舶、汽車以及核工業等高新領域，利用太赫茲波對復合材料進行無損檢測的熱潮也應運而生。

所謂復合材料，可以是金屬材料、無機材料、高分子材料中任意 2種或 2種以上的復合，通過物理或化學作用，將會形成并得到兼具各材料優點的新材料。但將組成、結構相差甚遠的材料復合到一起時，它們的結合不可能達到完美，并且每一種基材自身也可能存在一定的缺陷，而這些缺陷將會成為材料使用過程中的薄弱環節，也就是說，材料很可能在實際使用條件未達理論上限時就從這些薄弱環節開始發生破壞。為保證材料在后期使用過程中的可靠性，在復合材料的生產、加工、使用過程中對其進行缺陷檢測十分必要。

無損檢測技術具有無損性、即時性等特點，在航空航天、汽車工業、化工等領域得到了廣泛應用。目前應用較廣的無損檢測手段包括接觸式超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測 5種。可根據使用場合、材料等條件的不同，選擇適當的探傷方式進行檢測。上述 5種檢測方法各有其特點和優勢，但不能夠完全適用于任何場合。

對于磁性材料、高分子復合材料以及泡沫、陶瓷、塑料等應用廣泛的材料，可見光、紅外線甚至是超聲波都不能透過。而對于通常的射線檢測方法而言，無論是上述材料本身，還是材料中可能出現的缺陷，如孔洞、錯位、裂縫等，都是幾近透明的，因此難以對材料內部的缺陷清晰成像，這就使得對這類材料的無損檢測受到限制。

因此，開發出新型的非接觸式的無損檢測技術，對于復合材料的研究十分重要。

1.太赫茲技術

太赫茲無損檢測作為一種新興的無損檢測手段，可以與傳統的檢測方法相互彌補，為復合材料的無損檢測提供更加全面的技術支持。

太赫茲(Terahertz)波，是指波長范圍為 3 mm~30 μm，頻率范圍為 100 GHz~10 THz的一類電磁波，又稱 T射 線(T-rays)，在某些領域也被稱為遠紅外輻射或毫米波、亞毫米波。

基于太赫茲波譜的無損探傷技術，與其他傳統的檢測手段相比，具有許多獨特的優點。在非金屬、非極性材料的檢測方面，太赫茲波不僅可以透過不透明材料探測材料內部的雜質、位錯、微裂紋、纖維分層、纖維與基體界面開裂、纖維卷曲、富膠或貧膠、孔洞、脫膠以及氧化等缺陷，還可代替紅外應用在絕熱材料和熱敏感材料的檢測中。并且由于太赫茲波的低能性，不會對被檢材料造成結構上的破壞，也不會產生對人體有害的輻射。

應用案例

利用虹科亞太赫茲NDT雷達，我們對預設缺陷的玻璃纖維元件下的不同尺寸大小的缺陷進行了掃描成像，顯示了在工業復合材料檢測的可行性。

NDT雷達具有7.6KHz的探測速率，緊湊的單體結構能夠集成于機械臂等結構，能夠用于工廠環境的自動化檢測。

2.激光聲學技術

在傳統的液體耦合超聲中，壓電換能器廣泛用作發射器和接收器，換能器與樣品之間有液體偶聯劑(如水)，這種液體有利于超聲波能量的傳遞。但是液體耦合式超聲增加了成本，并且不能和所有檢測材料兼容，部分應用場景不能使用液體，另外接觸式檢測難以實現自動化檢測方案。

在不能使用液體的情況下，傳統的替代方法是空氣耦合超聲。但是空氣耦合超聲在靈敏度和頻率帶寬上是有限的，并且在單面脈沖回波測量中表現出盲區。

超聲波從發射器到接收器的衰減示意圖:(a)空氣耦合UT;(b)液耦UT

除此以外，傳統的激光超聲技術（LUS）是一種無接觸的替代方案。激發激光器向樣品表面發射短激光脈沖，并在樣品表面被吸收。材料局部受熱，膨脹的時間遠低于導熱率，這將通過材料發送寬帶超聲波，超聲波直接在樣品內部靠近表面的地方產生。第二束激光被引導到樣品表面進行超聲檢測。部分激光從表面反射回探測器頭部，在那里信號(由于超聲波引起的樣品表面振動)通過干涉測量法測量。

這種方法具有大帶寬和高靈敏度，但成本高，對表面條件敏感，并且需要復雜的光學器件，因此不適合大多數工業應用。

虹科激光聲學（LEA）技術提供了一種新型非接觸無損檢測的方法。在LEA中，設置如下:激發激光器作為脈沖發生器并產生超聲信號，而光學麥克風作為接收器(Fischer 2016; Fischer et al. 2019)。LEA可以在超聲波無損檢測的兩種標準布置中工作:一種是在樣品的相對側使用激勵激光器和光學麥克風進行透傳測試，另一種是單面測試，即發送端和接收端都在樣品的同一側，采用節距捕捉配置，如圖2a和2b所示。

與大多數用于傳統LUS的商業系統相比，LEA中的可見光或近紅外激發激光器是光纖耦合的，這使得單面間距捕獲和通過傳輸設置的傳感器頭設計非常緊湊。

LEA檢測實例

激光脈沖的超聲激發和虹科專有的超聲檢測器相結合，實現了兩全其美：它在靈敏度和分辨率上與當今的標準液體偶聯UT相匹配，同時不需要水或偶聯凝膠。緊湊型LEA探頭是完全光纖耦合的，從一開始就設計用于機器人檢測。其對錯位和表面變化的魯棒性確保了整個檢測區域的高信噪比，最大限度地減少了昂貴的手動重新測試。

利用虹科LEA系統，對具有分層結構的碳纖維材料進行了內部缺陷檢測，能夠查看到其分層、內部的切口。將一個切口區域放大掃描，可以清晰地看見蜂窩狀的碳纖維材料，以及缺陷的位置的形態，分辨率可以達到幾百um的量級。

該種無損檢測技術能用應用于碳纖維材料的質量控制、復合結構的沖擊檢測、多層復合材料的連接測試以及粘合接頭的分層檢測。與FILL合作開發的工廠使用版本，集成機械臂能夠快速檢測碳纖維復合材料的質量。

審核編輯黃宇