Di.3.B - Terahertz / 11.05.2010J.H. Hinken, G. Mook |
Di.3.B.1
13:00
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Terahertz Technik für die industrielle Anwendung
J. Jonuscheit, R. Beigang, F. Ellrich, D. Molter, Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
Kurzfassung:
Im vorliegenden Beitrag werden aktuelle Ergebnisse zur kontaktlosen und zerstörungsfreien Prüfung a...
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Im vorliegenden Beitrag werden aktuelle Ergebnisse zur kontaktlosen und zerstörungsfreien Prüfung aus verschiedenen Anwendungsbereichen wie Keramik, Kunststoff und Lackierung präsentiert. Neben den Anwendungen werden auch aktuelle Trends in der industriellen Umsetzung der Messtechnik gezeigt.
Terahertz (THz) Wellen sind aufgrund Ihrer Eigenschaften wie hohes Durchdringungsvermögen von Dielektrika und der gegenüber Mikrowellen besseren Ortsauflösung im Prinzip sehr gut zur kontaktlosen und zerstörungsfreien Prüfung geeignet. Kritische Parameter wie Dicke, Form, Einschlüsse und Hohlräume können bestimmt bzw. erkannt werden. Die meisten Bauteile aus Kunststoff, Keramik oder glas- und naturfaserverstärkte Kunststoffe (GFK und NFK) sind für THz-Wellen transparent, Metalle und andere leitenden Werkstoff wie kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) hingegen nicht. Für nichttransparente Bauteile kommt ausschließlich ein Reflexionsaufbau zum Einsatz und auf diese Weise können oberflächennahe Defekte und Beschichtungen untersucht werden. Die Kombination mit den spektroskopischen Möglichkeiten der THz-Technik kann zusätzliche wertvolle Informationen liefern. Diese Fähigkeit wird anhand einiger ausgewählter Beispiele gelegt.
Im Allgemeinen hindern verschiedene Aspekte wie Preis und Messgeschwindigkeit zurzeit noch den industriellen Ansatz. Um dies zu überwinden, werden weltweit verschiedene optische oder elektronische Ansätze verfolgt. Erfolgversprechende Ansätze werden vorgestellt und entsprechend Ihrer Umsetzbarkeit und Industrierelevanz diskutiert.
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Di.3.B.2
13:20
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Terahertz-Strahlung - Möglichkeiten für die Zerstörungsfreie Prüfung von Flüssigkeiten
L.S. von Chrzanowski, J. Beckmann, B. Marchetti, BAM, Berlin
U. Schade, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Berlin
U. Ewert, Teltow
Kurzfassung:
Elektromagnetische Wellen, mit Frequenzen zwischen 0.3 und 6 Terahertz (THz), werden als THz-Strahl...
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Elektromagnetische Wellen, mit Frequenzen zwischen 0.3 und 6 Terahertz (THz), werden als THz-Strahlung bezeichnet. Der nicht ionisierende Charakter und die Möglichkeit, Verpackungsmaterialen wie Papier, Kunststoffe, Glas und Kleidung zu durchstrahlen, machen die THz-Strahlung für bildgebende und spektroskopische Anwendungen attraktiv. Besondere Aufmerksamkeit gilt seit längerer Zeit der Zeitaufgelösten Terahertz-Spektroskopie (THz-TDS) im Sicherheitssektor.
Feste Spreng- und Gefahrenstoffe sind vielfach bezüglich ihrer Transmissions- und Reflexionseigenschaften untersucht worden, um sie anhand ihrer "Fingerprints" zu identifizieren. Außerdem sind neue bildgebende Messmethoden zur zwei- und dreidimensionalen Analyse von Testobjekten mit THz-Strahlung in den letzten Jahren entwickelt worden. Diese Bedingungen weisen ein hohes Potential für zukünftige Anwendungen in der ZfP auf. Die zurzeit stattfindenden technischen Entwicklungen zeigen, dass in der nächsten Zukunft "Handheld"-Geräte für den vor Ort Einsatz zur Verfügung stehen werden.
Die BAM verfügt über ein Glasfaser gekoppeltes Picometrix T-Ray 2000 System, in dem ein Zweikreisgoniometer integriert wurde. Probe und Detektor können unabhängig voneinander bewegt werden. Messungen bei verschiedenen Transmissions- und Reflexionswinkeln im Winkelbereich zwischen 0° und 90° sowie eine schnelle Überführung der Transmissions- in die Reflexionsanordnung sind dadurch möglich.
Flüssige Gefahrenstoffe wurden bisher mit THz-Strahlung selten untersucht, obwohl das Interesse an deren Charakterisierung groß ist. In diesem Beitrag werden die Transmissions- und Reflexionseigenschaften repräsentativer Flüssigkeiten vorgestellt.
Polare Flüssigkeiten weisen im THz Bereich eine sehr starke Absorption auf, was zur Folge hatte, dass Flüssigkeitsschichtdicken oberhalb von ca. 1mm im THz-Spektrometer der BAM nicht mehr charakterisiert werden konnten. Erst durch den Einsatz einer Messzelle mit variabler Schichtdicke kleiner 1 mm gelang die Bestimmung der Transmissionseigenschaften polarer Flüssigkeiten. Die am THz-TD-Spektrometer erhaltenen Ergebnisse werden mit Messungen eines konventionell verfügbaren Bruker Fern-Infrarot-Spektrometers ergänzt und verifiziert. Anhand der durchgeführten Transmissions- und Reflexionsuntersuchungen an polaren und unpolaren Flüssigkeiten werden Möglichkeiten der THz-TDS in der Zerstörungsfreien Prüfung von Flüssigkeiten diskutiert und zukünftige Potentiale aufgezeigt.
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Di.3.B.3
13:40
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3D Materialprüfung mit Terahertz-Wellen und synthetischer Bildrekonstruktion
H. Quast, SynView, Bad Homburg
A. Keil, Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
T. Löffler, SynView, Bad Homburg
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Terahertz und Millimeter-Wellen sind gesundheitlich unbedenkliche hochfrequente elektromagnetische...
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Terahertz und Millimeter-Wellen sind gesundheitlich unbedenkliche hochfrequente elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 100 Gigahertz bis 10 Terahertz (THz). Die Transparenz der meisten nicht-leitfähigen Materialien und eine hohe Empfindlichkeit für Wasser und Feuchtigkeit sowie eine Orts und Tiefenauflösung im Millimeter- bis Submillimeterbereich führen dazu, dass die Terahertz-Bildgebung viele neue messtechnische Anwendungen in der zerstörungsfreien Materialprüfung ermöglicht. Bis vor wenigen Jahren konnten industriell nutzbare THz-Wellen nur unter großem Aufwand erzeugt werden. Die Technologie von SynView erlaubt im Gegensatz zu teuren Forschungsgeräten den kosteneffizienten und robusten Einsatz von THz-Strahlung für industrielle Anwendungen. Der vollelektronische Ansatz erlaubt extrem kurze Messzeiten in Verbindung mit einer exzellenten Bildqualität.
Bei allen optischen Verfahren spielt die Abbildung bzw. das verwendete optische System eine wesentliche Rolle für die Bildqualität. Bei der Vermessung von dreidimensionalen Objekten spielt insbesondere die erreichbare Tiefenschärfe eine Rolle. In diesem Beitrag stellen wir den Einsatz eines Systems mit synthetischer Apertur vor. Hierbei wird die reale abbildende Optik durch eine passende Elektronik bzw. Algorithmen ersetzt. Dies führt zu einer annähernd unbegrenzten Tiefenschärfe, so dass verschiedene Ebenen eines dreidimensionalen Bauteils gleich scharf abgebildet werden. Möglich wird dies durch die vollelektronische FMCW Terahertz-Radar Technologie von SynView. In Verbindung mit optimierten Algorithmen für die synthetische Bildrekonstruktion und entsprechender Datenerfassungshardware sind Bildwiederholraten von einigen Bildern pro Sekunde möglich.
Der Beitrag gibt des Weiteren einen Überblick über aktuelle industrielle Anwendungen im Bereich der Materialprüfung mit Terahertz und mm-Wellen.
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