[發(fā)明專利]基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010681702.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN111879723B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張獻(xiàn)生;常天英;劉陵玉;李羿璋;崔洪亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G01N21/3586
• 分類號(hào): G01N21/3586;G01R27/26;G01N21/3563;G01N21/41
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強(qiáng)

1.一種基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，利用基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別系統(tǒng)，包括以下步驟：

在密閉箱體內(nèi)充滿氮?dú)饣蛘吒稍锟諝猓?/p>

在沒有樣品時(shí)，測(cè)試與待測(cè)樣品同樣厚度的空氣的復(fù)折射率，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和參考值測(cè)量；

利用太赫茲時(shí)域光譜儀測(cè)試樣品的復(fù)折射率，至少包括折射率實(shí)部和消光系數(shù)；

通過介電常數(shù)和折射率的關(guān)系計(jì)算出材料的介電譜數(shù)據(jù)；

以得到的介電譜數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過擬合函數(shù)得到材料的介電強(qiáng)度以及共振效應(yīng)，所采用的計(jì)算公式為：

其中，上述公式右側(cè)第一部分表示樣本的無限大頻率下的介電常數(shù)，第二部分表示Debye弛豫運(yùn)動(dòng)模型下的介電函數(shù)，第三部分表示m個(gè)洛倫茲共振模型下的介電函數(shù)；

采用的約束條件為：

即擬合曲線與測(cè)試曲線誤差最小；

擬合結(jié)果得出的參數(shù)為零頻介電常數(shù)ε₀，無限大頻率下的介電常數(shù)ε_∞，介電強(qiáng)度Δε＝ε₀-ε_∞，共振頻率ω_c；

其中ε₀表示材料宏觀綜合介電特性，包含弛豫型極化和共振型極化導(dǎo)致的介電特性，ε_∞表示由于共振型極化導(dǎo)致的宏觀介電值，Δε表示材料中微觀極性結(jié)構(gòu)改變而導(dǎo)致的介電變量，ω_c表示分子鏈整體變化以及晶體化程度而產(chǎn)生的共振效應(yīng)；

通過上面的四個(gè)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)橡膠制品老化的判斷；

其中，所述基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別系統(tǒng)包括太赫茲時(shí)域光譜儀，太赫茲時(shí)域光譜儀的發(fā)射透鏡天線和接收透鏡天線均設(shè)置在密閉箱體中；

待測(cè)樣品設(shè)置在發(fā)射透鏡天線和接收透鏡天線的焦點(diǎn)處，且待測(cè)樣品表面與太赫茲傳輸路徑垂直。

2.如權(quán)利要求1所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，所述介電譜數(shù)據(jù)至少包括介電譜的實(shí)部和虛部，介電譜的實(shí)部為折射率實(shí)部的平方與消光系數(shù)的平方的差值，介電譜的虛部為折射率實(shí)部與消光系數(shù)的乘積的兩倍。

3.如權(quán)利要求1所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，所述光譜儀發(fā)出的太赫茲分成兩路，一路經(jīng)過延遲器后作為探測(cè)光輸入到接收端作為比較信號(hào)，另一路泵浦光直接傳輸?shù)桨l(fā)射端并作用到樣本，信號(hào)透過樣本后被接收端接收，并與探測(cè)光比較計(jì)算。

4.如權(quán)利要求1所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，采用的擬合函數(shù)，具體為：待測(cè)樣品的無限大頻率下的介電常數(shù)、Debye弛豫運(yùn)動(dòng)模型下的介電函數(shù)以及m個(gè)洛倫茲共振模型下的介電函數(shù)的加和。

5.如權(quán)利要求4所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，所述擬合函數(shù)采用的約束條件為擬合曲線與測(cè)試曲線誤差最小。

6.如權(quán)利要求4所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，擬合得到的參數(shù)為零頻介電常數(shù)，無限大頻率下的介電常數(shù)，介電強(qiáng)度和共振頻率；

所述零頻介電常數(shù)表示材料宏觀綜合介電特性，包含弛豫型極化和共振型極化導(dǎo)致的介電特性，無限大頻率下的介電常數(shù)表示由于共振型極化導(dǎo)致的宏觀介電值，介電強(qiáng)度表示材料中微觀極性結(jié)構(gòu)改變而導(dǎo)致的介電變量，共振頻率表示分子鏈整體變化以及晶體化程度而產(chǎn)生的共振效應(yīng)。

7.如權(quán)利要求1所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，所述待測(cè)樣品為平板狀。

8.如權(quán)利要求1所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，所述待測(cè)樣品的厚度范圍為0.1毫米-10毫米。

9.如權(quán)利要求1所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，所述待測(cè)樣品的受光面積大于或者等于5平方毫米。

10.如權(quán)利要求1所述的基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態(tài)判別方法，其特征在于，所述待測(cè)樣品由樣品架夾持，且所述待測(cè)樣品和樣品架也均設(shè)置在密閉箱體中。