【摘 要】
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有机涂层是一种优秀的抗腐蚀材料,在汽车、船舶等制造业中有广泛的应用。涂层厚度和均匀性关系到涂层的性能及寿命,因而寻找一种完善的厚度无损检测技术十分必要。相较于其他常见的无损检测方法,太赫兹无损检测技术在安全性、高效性、抗干扰性及非接触性等方面更加优异。在检测过程中,涂层厚度薄、折射率低等因素都会导致厚度检测的精度下降,因此本文通过对材料光学参数的研究,建立了涂层太赫兹传播仿真模型,结合相关系数厚度
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有机涂层是一种优秀的抗腐蚀材料,在汽车、船舶等制造业中有广泛的应用。涂层厚度和均匀性关系到涂层的性能及寿命,因而寻找一种完善的厚度无损检测技术十分必要。相较于其他常见的无损检测方法,太赫兹无损检测技术在安全性、高效性、抗干扰性及非接触性等方面更加优异。在检测过程中,涂层厚度薄、折射率低等因素都会导致厚度检测的精度下降,因此本文通过对材料光学参数的研究,建立了涂层太赫兹传播仿真模型,结合相关系数厚度优化方法,实现了膜系涂层太赫兹传输特性仿真及高精度厚度检测。主要完成工作如下:（1）对基体和涂层材料的光学参数进行了优化提取。首先对高阻硅片、高聚物聚丙烯、高密度聚乙烯、聚四氟乙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯五种基体材料的太赫兹谱特性进行了分析,并基于简化光学参数模型对其光学参数进行了提取,考虑了材料对太赫兹波的吸收、信噪比和有效频率范围,最终选取6mm高密度聚乙烯作为后续研究的涂层基体;然后选取了色漆涂层、防腐涂层、隔热涂层和耐磨涂层四种常见涂层材料,采用单纯形法优化了光学参数模型,对涂层的频谱特性和光学参数进行了探究;最后考虑到太赫兹波在涂层中存在色散现象,采用德拜模型和粒子群优化算法对涂层光学参数进行拟合优化,结果表明,拟合后的光学参数方差较拟合前小,排除异常数据的干扰后,均方根误差在0.0062～0.2444之间。（2）研究了基于光学传输矩阵的涂层太赫兹传播仿真方法。基于光学传输矩阵建立了太赫兹波在涂层中的传播仿真模型,使用经过拟合后的涂层光学参数对165μm色漆涂层、85μm色漆涂层、135μm防腐涂层、60μm防腐涂层样件进行了反射式仿真,结果表明,均方根误差在0.1063～0.16之间,相关系数在0.945～0.9766之间。（3）研究了基于相关系数的涂层厚度优化检测方法。使用维纳反卷积减小太赫兹脉宽以获得更高的分辨率,然后提出相关系数优化方法,对涂层样件进行了厚度检测,与涡流测厚值对比,结果表明,色漆涂层样件相对误差在1.05～5.97%之间,防腐涂层样件相对误差在0.66～5.90%之间,多层膜系涂层样件相对误差在0.87～8.05%之间;对涂层样件的厚度均匀性进行了可视化分析,各区间厚度值符合正态分布,离散系数在0.0325～0.0442之间。（4）建立了太赫兹膜系涂层仿真及厚度检测平台。平台分为涂层透射式/反射式仿真分析和涂层反射式厚度检测成像两个模块,解决了涂层太赫兹模拟仿真和厚度检测中波形数据量大、操作步骤繁琐等问题,能够方便地对膜系涂层材料中太赫兹波传输特性进行仿真分析,高效地对膜系涂层样件的厚度进行优化检测。研究表明,膜系涂层的太赫兹传输特性仿真及厚度检测技术能够完成对折射率较小、厚度较薄的膜系涂层的太赫兹波形仿真以及高精度厚度无损检测任务,并给出相应的定量分析结果,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
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