[發明專利]基于太赫茲波的材料高溫環境下介電特性檢測方法及系統

在審

• 申請號: 202010935315.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112051454A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 王金榜;趙銳;常慶功;王亞海;孫超;年夫順
• 申請（專利權）人: 中電科儀器儀表有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01N27/22
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開了一種基于太赫茲波的材料高溫環境下介電特性檢測方法及系統，包括：獲取由太赫茲發射模塊產生的太赫茲波；將所述太赫茲波依次經過聚焦模塊和波束調控模塊，以將聚焦產生的高斯波束轉換為準零階貝塞爾波束，并入射至待測高溫材料中；將經待測高溫材料反射后的反射信號依次經過波束調控模塊和聚焦模塊返回至太赫茲接收模塊，并根據反射信號的成像得到待測高溫材料的厚度和介電常數。通過在太赫茲聚焦模塊后加入波束調控模塊將準直的高斯波束生成準零階貝塞爾波束，實現兼容較長焦深和較小的焦斑尺寸，滿足較厚高溫材料的測試。

技術領域

本發明涉及高溫材料檢測技術領域，特別是涉及一種基于太赫茲波的材料高溫環境下介電特性檢測方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

隨著航空航天、遙感通信、雷達導航等各領域技術的發展，越來越多的器部件工作在太赫茲頻段(0.1THz～3THz)，而涂覆在航天高速飛行器艙體以及渦輪發動機葉片等零部件上的涂層材料會工作在很高的溫度環境下，而材料在高溫條件下的電磁參數是呈現非線性變化，它們的變化規律很難掌握。在實際應用中，如何準確測試出這些材料在高溫環境下的介電特性參數(復相對介電常數)對于其應用是至關重要的。

介質材料的介電性能會隨溫度發生變化，現有的大部分太赫茲頻段的高溫材料介電性能測試方法無法解決未知厚度情況下介質材料電磁參數的測試問題，極少數出現了通過一維距離像測試材料電厚度的情況，都是基于高斯波束和二維機械掃描平臺，無法解決非平面情況以及材料厚度較厚情況下測試不準確等問題。

現有太赫茲頻段的高溫材料介電性能測試方法的工作原理是：將待測材料加熱到設定的溫度后，太赫茲發射模塊產生的太赫茲信號經太赫茲天線發射出去，由太赫茲聚焦透鏡進行匯聚，聚焦波束透過隔熱罩入射到待測高溫材料上，經待測高溫材料反射的信號沿原路返回到太赫茲接收模塊，通過一維距離像估計得到待測材料電厚度，并由此求出待測高溫材料的介電常數，通過平面掃描架掃描完成整個被測高溫材料的厚度和介電常數的測量。

上述方法采用平面掃描架進行被測材料的二維掃描，因此發明人認為，該方法被限制應用在平面型材料的厚度及介電性能的測量；同時該方法使用聚焦透鏡進行高斯波束的準直和聚焦，而高斯波束的焦深和束腰半徑成平方關系，所以基于高斯波束的太赫茲系統難以兼具較長的焦深和較小的焦斑，對材料的厚度及大小提出嚴格的要求，所以，基于高斯波束和二維機械掃描平臺，無法解決非平面情況以及材料厚度較厚情況下測試不準確等問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于太赫茲波的材料高溫環境下介電特性檢測方法及系統，通過在太赫茲聚焦模塊后加入波束調控模塊將準直的高斯波束生成準零階貝塞爾波束，實現兼容較長焦深和較小的焦斑尺寸，滿足較厚高溫材料的測試。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種基于太赫茲波的材料高溫環境下介電特性檢測方法，包括：

獲取由太赫茲發射模塊產生的太赫茲波；

將所述太赫茲波依次經過聚焦模塊和波束調控模塊，以將聚焦模塊產生的高斯波束轉換為準零階貝塞爾波束，并入射至待測高溫材料中；

將經待測高溫材料反射后的反射信號依次經過波束調控模塊和聚焦模塊返回至太赫茲接收模塊，并根據反射信號的成像得到待測高溫材料的厚度和介電常數。

第二方面，本發明提供一種基于太赫茲波的材料高溫環境下介電特性檢測系統，包括：太赫茲發射模塊、聚焦模塊、波束調控模塊、太赫茲接收模塊和上位機；

所述太赫茲發射模塊將產生的太赫茲波傳輸至聚焦模塊；

所述聚焦模塊對太赫茲波進行聚焦和準直后，生成高斯波束傳輸至波束調控模塊；