[發明專利]基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態判別系統及方法

有效

• 申請號: 202010681702.6
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111879723B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 張獻生;常天英;劉陵玉;李羿璋;崔洪亮
• 申請（專利權）人: 山東省科學院自動化研究所
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01R27/26;G01N21/3563;G01N21/41
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本公開提供了一種基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態判別系統，屬于橡膠材料老化判斷技術領域，包括太赫茲時域光譜儀，太赫茲時域光譜儀的發射透鏡天線和接收透鏡天線均設置在密閉箱體中，待測樣品設置在發射透鏡天線和接收透鏡天線的焦點處，且待測樣品表面與太赫茲傳輸路徑垂直；本公開保證了對測試樣品的非接觸無損測量，樣品材料要求低、操作方便、測量頻率寬、精確度高、測量的值波動范圍小，在塑料、橡膠等絕緣材料中的老化檢測中優勢突出。

技術領域

本公開涉及橡膠材料老化判斷技術領域，特別涉及一種基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態判別系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

橡膠制品材料性能優異，在社會生活中隨處可見，老化是其使用或貯存過程中由于內外因素的綜合影響，逐步發生的物理和化學變化，例如從外觀上看，表面發粘或者變硬、變形、變色等，老化是一種緩慢而復雜的化學反應過程，最終橡膠制品的應用性能大大降低，并成為安全隱患的主要源頭。老化的本質在于材料在外部因素例如光照、溫度、濕度、化學介質及微生物污染等影響下引發的分子鏈斷裂或交聯，以及由此引發的分子量及其分布變化、材料的立體規整性改變和材料的化學結構改變等。

介電譜是被測物質的復介電常數(又稱：復電容率)與電磁波頻率或者溫度相依存時的物理量，即介電常數的另一種表述。介電譜方法是研究物質與電磁波相互作用的一種方法，其主要參數是復介電常數、復電導率和損耗角正切等。

本公開發明人發現，在頻段較低的微波段，一般基于介電譜技術，利用一定頻率段內的介電常數和損耗角正切的變化判斷絕緣材料老化后的狀態，同時通過Debye方程擬合分析材料中極性結構的演變過程，作為一種無損檢測的光譜分析技術，介電譜技術在現場檢測應用中具有極大的潛力和價值；但是微波低頻段存在帶寬窄、測量的值波動范圍大等缺陷，難以對材料結構變化實現精細化分析。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態判別系統及方法，保證了對測試樣品的非接觸無損測量，樣品材料要求低、操作方便、測量頻率寬、精確度高、測量的值波動范圍小，在塑料、橡膠等絕緣材料中的老化檢測中優勢突出。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態判別系統。

一種基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態判別系統，包括太赫茲時域光譜儀，太赫茲時域光譜儀的發射透鏡天線和接收透鏡天線均設置在密閉箱體中；

待測樣品設置在發射透鏡天線和接收透鏡天線的焦點處，且待測樣品表面與太赫茲傳輸路徑垂直。

本公開第二方面提供了一種基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態判別方法。

一種基于太赫茲介電譜的橡膠材料老化狀態判別方法，利用本公開第一方面所述的判別系統，包括以下步驟：

在密閉箱體內充滿氮氣或者干燥空氣；

在沒有樣品時，測試與待測樣品同樣厚度的空氣的復折射率，對系統進行校準和參考值測量；

利用太赫茲時域光譜儀測試樣品的復折射率，至少包括折射率實部和消光系數；

通過介電常數和折射率的關系計算出材料的介電譜數據；

以得到的介電譜數據為基礎，通過擬合函數得到材料的介電強度以及共振效應。

與現有技術相比，本公開的有益效果是：