激光检测技术

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激光检测技术范文第1篇

【关键词】激光超声 表面波 无损检测

一、激光超声波研究进展

激光超声技术在材料无损检测研究方向的研究热点。首先，激光是一种定向的电磁波，它具有高亮度，而且在信息的获得和传播上具有良好的运用；同时，激光广泛用于医学诊断、工业发展及军事技术等领域。超声波的传播介质可以是固体、液体和气体，通过它们之间的联系和运用， 然后对传播中的超声波进行信息提取，进而准确测量物体的密度、硬度、强度、浓度、弹性等性质，并检测出物体的表面缺陷，客观地评价材料的物理性质。

激光超声技术与传统的超声技术相比之下具有更大的优势，因为激光超声技术不需要接触、分辨率很高、频带较宽，能对纳米材料的力学性能进行有效评价，同时能够检测出精确到微、纳米级的缺陷，因此激光超声技术在检测材料力学性能和表面缺陷的方面具有可行性。

1963年，White最早提出使用激光激发超声技术的观点，因为激光可以在固体中传播，所以他尝试利用脉冲激光在固体中进行超声激发，发现固体会吸收激光、微波、电子束等辐射而产生弹性波。随后，在越来越多的研究应用中，激光除了被用于固体中激发超声，也被应用于液体和气体中。Askaryan提出在液体中激发超声， 用红宝石激光射入液体激发超声。随着科技发展，许多学者围绕着激光超声展开大量的实验和研究。Dewhurst等首次利用脉冲激光激发兰姆波，测量2%精度的薄膜厚度；Wu等通过实验检测到兰姆波的波形，并根据波形的传播特征和色散关系，计算薄膜的弹性、厚度等相关的力学参数。学者们发现，在一定条件下超声波可以在材料无损的情况下被激发出来，于是激光超声开启一种新的用于材料结构性能的无损检测。

激光超声技术结合激光和超声波的特点，具有极大的发展潜力，在工程研究和应用中具有重大科学意义和学术价值。

二、激光超声检测技术的研究进展

近年来，国内外科学家为了更好地发展和应用激光超声检测技术，做了基础大量的研究工作， 主要利用激光超声技术进行材料性能无损检测的相关研究。Domarkas等利用声表面波在表面缺陷可以来判定缺陷的力学特征。Portz等理论研究超声波在平板上的反射、透射中能量比例与频率的关系。Fortunko利用激光超声技术探测到两维缺陷的形状特征， 很为工程项目中探测焊接材料内部损伤提供帮助。Rokhlin等提出一种基于非线性的频率调制的超声技术， 探索层状材料中间层的物理性质。随着越来越多的学者进行理论和实践的研究， 激光超声无损检测将被广泛应用在各个领域。

三、超声无损检测数值研究的进展

在进行超声无损检测的实验研究过程中，衍生许多有效而便于分析的数值研究方法。主要的数值计算方法有：有限元法、有限差分方法、边界元方法等。

通过长期的实验与研究，学者们有效的运用了这三种计算方法。Hirao等利用有限差分的数值法分析瑞利波中各种频率成分反射和透射系数与表面缺陷深度的关系。Liu等将有限元方法与边界积分法很好地结合在一起，对超声波在遇到表面缺陷时产生的散射声场进行分析，并准确的描述通过数值模拟弹性波在缺陷附近的模式转换过程。除此之外，边界元方法也具有很大优势，它使用资源节省，而且能处理大模型的有关问题，广泛运用于分析超声波与表面缺陷的关系。Rose使用混合边界元方法模拟不同频率和模态的Lamb波在经过不同曲表面缺陷发生的散射场，为超声检测表面缺陷的结构特征提供充分的理论参考依据。这三种数值计算方法各有优点和不足，有限差分法虽然计算速度快，但求解过程不稳定。边界元方法在离散过程中无法分析超声波在材料内部的传播特性。有限元方法是要利用严密的数学思想处理复杂的几何构形、物理问题并且高效地实现计算机功能。有限元方法不仅能够灵活处理各种复杂结构材料中的传播问题，还能通过建立有限元模型分析各种参数随环境变化的影响， 如： 热扩散过程、光学穿透的过程等，并可以获取全场数值解。

有限元方法在研究激光超声技术领域是一种新兴数值计算方法。它不仅能模拟复杂材料和结构的声场分布，而且能准确描述场中某点的位置和波形。有限元具有高精度的特点，同时能预测各种情况的可能性，因而被广泛运用于工程技术。因此，在本文的研究中，通过对有限元方法的应用来研究激光激发超声的技术，分析材料的力学特征与各类参数之间的关系，进而为激光超声的无损检测奠定理论基础。

四、激光超声信号的研究进展

应用激光超声技术对材料进行无损检测和力学性能的评价的同时需要严密分析材料结构性质和力学参数的关系。在超声无损检测的过程中，检测和分析超声信号是整个过程的关键。对于各种材料的非稳态超声信号处理时，待测信号的表现形式主要由信号的频率、幅度、相位这三种组成，但是考虑到实际材料的结构力学特征较复杂，可能会影响超声信号的平稳性。而对于稳态信号的检测，学者们大多使用Fourier变换进行分析，但仍然具有不足，比如信噪比的限制，和测量参数的假频现象。在这里介绍一种典型双线性时频分析方法，它基于光滑的Wigner-Ville时频分析，主要是是通过集中瞬时频率信号的能量来实现分析，最终的分析结果非常明显，具有高效性。

首先通过分析单个波形，对激光激发的瞬态表面模态和能量的特性进行探究，然后利用群延迟时间计算出群速度，这与一般的方法相比显得更加优越。而单个激光超声脉冲激发出宽带的过程中存在一定缺点，在外界宽带噪声的干扰下容易降低效率，因此为了提高对激光超声信号的检测效率，许多研究者利用激光超声在时间和空间分布的调制技术，使激发的超声信号向窄带线性调频信号进行转变，从而更好地运用窄带滤波技术或信号处理技术来提高检测的信噪比。通过对激光超声信号的研究，为以后激光超声无损检测材料的性能奠定了良好基础。

激光检测技术范文第2篇

关键词：无损检测技术；压力容器；运用

1.前言

无损检测技术是一门新型技术，技术使用主要是压力容器检测。该技术的使用是基于设备检测时，不能影响到设备整体性能的要求而产生。在检测过程中，不会导致设备结构分解，物理外观发生改变，检测准确率高。

2.激光无损检测

压力容器检测方法，方法局限性比较大，应该综合使用，才能使得检测技术得到保障。就当前发展而言，压力容器检测方法非常多，常用的技术主要有超声检测、渗透检测以及磁粉等等。这些检测技术有各自缺陷和优势。激光散斑技术是借助散光斑图分析检测结果，对被检测的物体进行激光处理，有缺陷的位置会出现条纹，从而判断异常存在位置。激光本身能量比较高度集中，单色性较好，在使用时方向性很强。在无线损检测领域，使用的范围逐渐扩大，有激光散斑、激光全熄以及激光超声波等等新技术。激光全息技术的使用，针对的是超声波施加负荷。存在缺陷的位置会出现形变，激光会记录下该形变量，最终的数值同其他材料对比有差异，这就可以判断出材料的特性。激光超声波有着突出优势，最关键的优势是能实现非接触检测，能够避免耦合剂的影响。使用该技术进行检测，可以检测到设备的特性，该检测技术被使用于压力容器焊缝表面检查使用。

3.激光无损检测新技术在压力容器检测中的运用

3.1在压力容器检测中应用低频率电磁技术

低频率电磁技术已经成为压力容器检测最常选择的检测技术，该检测技术借助激发探头设备，在压力容器检测中输入低频率电磁信号。该信号一旦遇到压力容器有缺陷存在时会及时的进行信号反射，信号的原有性会发生改变。使用该技术定位出压力容器缺陷位置，借助回波信号情况，做好定量分析工作。掌握压力容器实际情况，这在进行生产中，保障了生产质量。根据相关调研发现，低频率电磁技术的使用取得了良好成效。该检测技术，一般都会从压力容器表面逐渐深入到内部，一般表面的检测进行中，遇见缺陷时，该技术会快速的定位出病害所在，从而更有力的进一步优化设备生产。这是一种非接触性的检测技术，将其放置容器中进行检测时，不会造成污染，更不会影响检测结果。

3.2磁粉检测技术在压力容器检测中的应用

磁粉检测技术在压力容器检测中的应用方法主要是磁轭法，这种方法操作简单便捷，活动关节磁轭能够对压力容器的角焊缝进行较为深人的检测。在压力容器检测过程中，要对压力容器各个方向上有可能存在的缺陷进行检测，应在同一检测位置进行相互垂直的探伤操作。为了保证检测的精确度，可以将压力容器焊缝划分为多个检测部分，另外，检测时应具备一定的重叠。磁轭检测方法具有多种优点，但也具有一定的局限性。该检测技术存在的最大的缺陷是效率相对较低，在检测过程中会导致漏检问题出现，但是这样的情况在后期检测中是可以避免的。在进行检测时，还可以选择交叉磁轭的方式进行检测，这是压力容器最常选择的检测方法。在检测中，会产生大量的旋转磁场，不过检测灵敏度比较高，整个操作过程简单方便。进行检测时，一旦发现有较大的缺陷粗壮你就爱，会及时定位出来。这样检测技术最常使用于深度较大的部位，但是不合适使用于压力容器角焊缝探测。该检测方法对电压有较高的要求，一般情况下，需要提供380v的电压，如果检测条件有局限时，不能提供要求的电压，该检测方法将不能使用。因此，可以看出该检测方法存在一定的缺陷。该检测方法对于压力容器检测，使用效果比较明显，适应性也比较强。这个方法和与磁轭方法存在一定共性。简单而言，就是进行在压力容器检测时，需要对某个部位进行两次检测，这样才能保障检测的准确率。

3.3激光全息无损检测技术

激光全息无损检测技术被推广使用是在70年代，激光本身尤其独特的其特性性能，因此被推广使用。随着科技水平不断进步，逐渐发展成激光全息、激光超声波技术。这些技术的使用，使得检测更加准确，拓展检测领域新天地。在激光检测领域，激光全息是使用最早的一项技术，也是使用最广泛之技术。根据统计显示，激光全息技术占据技术重要组成部分。其实它的检测原理非常简单，借助对检测物体外加荷载，当检测物体出现形变量时，就可以确定缺陷位置。在未来发展中，激光全息无损检测技术有以下重要发展方面。一，将全息图直接记载在材料上，就可以对图像进行干涉，从而浮现出新的图像。二，在进行图像处理时，要获得更多的干预条纹的实时定量数据。三，选择新的干预技术，例如选择了相移干涉技术，总体使用上，会进一步提升全息技术检测质量。

3.4激光超声无损检测技术

超声检测技术检测成本比较高，安全性比较差，在当前发展中，规模还比较小，属于发展阶段。但是超声检测技术的使用，却有良好的前景。一，可以在高温条件下进行检测，例如进行热钢材在线检测。二，使用于方便面接近的物体检测。例如：放射性样品检测。三，超声波检测可以射到检测物体任何部位。因此，可以使用于检测外形不规则的样品。四，借助超声波可以对超薄样品表面进行检测。在近几年发展中，超声波检测的范围在逐渐扩大。

4.结束语

激光无损检测技术相对于传统检测技术而言，该检测准确率高。使用新技术进行检测，能够准确的定位出容器缺陷所在，从而及时进行调整。压力容器检验对于保证压力容器的正常安全运行具有重要意义，在实际工作过程中应该高度重视压力容器的检测工作。当前压力容器检验过程中还存在着不少问题，这些问题如果得不到有效解决就会严重影响到检验效果。

参考文献：

[1]董世运，刘彬，徐滨士，林俊明.再制造领域中超声无损检测技术的应用及其发展趋势[J].全球华人无损检测高峰论坛

激光检测技术范文第3篇

煤矿示踪气体光学检测仪器总体方案图如图1，光源产生的红外光束经光调制器后变成脉冲式光束，脉冲光束穿过充满待测气体的光增强腔，光声检测器用于测量光学腔内光脉冲强度，反馈环节用于放大调整光源。由于增强腔镜的距离与光波长产生共振，引起光增强腔内压力变化，产生声学驻波，信号处理环节拾取声学驻波强度，将声波转换为电信号，其信号强度与待测六氟化硫气体浓度存在近似于指数的对应关系，通过单片机运算即可确定六氟化硫气体浓度。

2实现方法

1)光源。根据红外段六氟化硫气体的吸收特性和高精度迁移分子吸收数据库，六氟化硫在500～1600cm－1段都有较明显的吸收谱线图，中红外可调谐激光光源在性能上比较理想，但价格昂贵，难以推广应用，综合考虑煤矿井下干扰气体种类、成本和发光效率等因素，选用的是中心波长为1000cm－1的碳化硅黑体光源，联合中心波长为1000cm－1，狭缝宽度为±200cm－1的滤光片，配合红外相关气体滤波室，即可以得到纯净、稳定适用、成本适中的红外光源［4］。2)光调制器。检测速度是仪器效能评估的关键指标之一，常规光学检测仪器的光调制器通过周期性的阻塞连续光产生脉冲光，在2个脉冲之间，调制光的光强度是0，反馈信号中断导致腔锁定机制慢，仪器检测速度很低，难以满足煤矿用户实际需求，因此截断器如何有效的间断地开启反馈信号是提升仪器检测速度的关键［5］。为此，采用使光强度不降到0的方案，使调制光的强度在较高与较低之间进行切换，在光强度较低时间段，光强度略大于0，确保反馈信号不中断，从而缩短反馈回路的响应时间。

截断器结构图如图2，截断器用于将连续光束调制为非零脉冲光束，其主体结构设计为旋转圆盘，由透射系数略高于0的低透射部分和透射系数大致等于l的高透射部分组成［6］。截断器以恒定角速度旋转，在低透射部分上时，阻塞了光的大部分，通过截断器后的光强度较低，只会激发气体中的极少部分气体分子，但为检测器反馈信号已经足够了，在高透射部分上时，通过截断器之后的光强度较高，会激发了气体中的许多分子，导致热能增加，引起气体室中压力局部上升，为光声检测器提供检测信号。3)光声检测器。红外光检测器设计受成本、尺寸、封装形式等因素制约，以MEMS技术为基础的红外线检测技术通过芯片级的封装工艺，实现了器件的高精度、低成本和小型化，为阐述的技术提供了器件支撑，通过优化增强腔数学解析模型，得到光声信号与气体浓度、温度和腔结构参数的关系［7］，结合MEMS技术，研制了光声基于光声检测原理的配套检测器。4)反馈环节。反馈环节由分光器、偏振检测器和反馈回路等组成，用于测量输出镜输出的光强度，通过反馈回路修正光频率，使光波长与增强腔的谐振频率基本一致，难点在光检测器中用于微弱信号处理的锁相放大器设计，锁相放大器利用待测信号和参考信号的互相关检测原理实现信号处理，能够在较强的噪声中提取有效信号，在微弱信号检测方面优势明显。设计的锁相放大器的基本结构包括信号通道、参考通道、相敏检测器和低通滤波器等，锁相放大器的基本结构图如图3，信号通道对调制正弦信号输入进行放大，将微弱信号放大到足以推动相敏检测器工作，并滤除部分干扰;参考通道对参考输入信号进行调整，以适应相敏检测器对信号幅度的要求，并对参考输入信号进行移相处理，以使检测结果达到最佳［8］。

3整机集成

煤矿示踪气体光学检测仪器整机结构示意图如图4，仪器信号采样及控制单元主体结构原理图如图5，仪器电源原理图如图6。光源用于产生中心波长为1000cm－1左右的可调制红外光;光调制器用于周期性地中断光源发出的光束，将连续的红外光调制在特定“截断”频率上的一系列脉冲光;在包含半透明镜的光学腔内，气体室允许气体通过气体入口和气体出口流动穿过，并在输入镜之前设置光隔离器，以减小从光源到腔镜反射，脉冲光通过输入镜，进入到光学腔，在腔镜间穿过待测气体多次反射，六氟化硫气体分子周期性吸收红外光吸收红外光能量，将气体分子激发到更高能级，导致气体分子热能增加，气体室内压力上升，其后在下一个脉冲到达前减小压力;反馈回路通过偏振检测器测量光学腔中光强度，通过锁相放大器放大、调整和拾取有效测量信号，并回馈给光源，光源根据反馈信息将光波长调谐到与2个腔镜之间的距离产生共振;光声检测器安装在气体室中心处，拾取由吸收光在气体中产生的声波，将声波转换为电信号，根据信号强度，调制光调制器的旋转速度，领共振频率与脉冲光截断频率相匹配，使压力变化产生截断频率上的声学驻波，其信号强度与待测六氟化硫气体浓度存在近似于指数的对应关系，通过单片机运算即可确定六氟化硫气体浓度。

4结语

激光检测技术范文第4篇

【关键词】光纤网络监控技术；光缆线路；光缆故障

【中图分类号】TN915.63【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2016）02-0060-01

1光纤网络监控技术概况

1.1光纤网络监控技术的运行原理

①在光纤后向散射曲线远端测试的基础上，对于光缆线路实现全程监测，如果在此过程中光缆运行不正常，就会自动进行测试，并且在光时域反射仪的帮助下，对于光缆故障的位置进行搜寻和标记，一般会在GIS地图上准确标出来。②以业务设备警报的方式，使得对应的测试方案得以启动，在界定设备端口与光缆之间关系的基础乢，明确光缆故障的发生位置，在此基础上实现OTDR测试方案的启动。③波分复用技术的运用，可以处理好试波与工作波长之间的关系，使得其完美的融合在一起，由此切实的完成光缆在线测试工作。④通过测试备纤的性能反映整根光缆包括工作光纤的性能，测试光与传输业务可以在同样的光缆中进行，仅仅是在不同光纤芯上进行传达，并且从物理角度上做好隔离测试工作。⑤网络告警与光缆故障通过相关规则进行关联分析，使系统根据规则对光缆网络故障进行初步判断。

1.2光纤网络监控技术的特点具体来讲，光纤网络监控技术的特点主要体现在以下几个方面：

（1）将网络告警与光缆故障通过相关规则进行关联分析，使系统根据规则对光缆网络故障进行初步判断；

（2）利用ODTR实现光缆故障精确定位；

（3）采用专用技术手段和工程手段，由光缆空间距离、光缆皮长、光缆耐张长度准确推算出光纤的准确长度；

（4）利用故障影响业务分析技术，在出现网络故障时，针对此故障对全网业务影响程度进行科学定量的分析。

2光纤网络监控技术的应用

在电力光缆线路构建的过程中，发挥其在此方面自动监测功能，保证在较短的时间内找到光缆障碍，使得光缆裂化的现象得以控制，这对于促进长途光缆维护质量的提升而言，是很有必要的。并与GIS地理信息系统紧密结合，可在电子地图上进行线路故障定位和显示。当前光纤网络控制技术的应用现状来看，其主要会在以下几个方面发挥效能：①光缆线路监测：系统提供完善、方便的光缆线路测试支持；一般来讲可以结合实际需求提供不同的测试方案：可以是定期测试的方式；可以是点名测试的方式；可以是模拟警告的测试方式。在特殊情况下，可以综合运用多种测试方式，以保证光缆线路维护工作的有效性。②光缆故障管理：在受到故障警告曲线数据文件之后，会自动启动对应的警告机制，并基于地理信息系统或逻辑拓扑的视图上显示故障发生的位置，并提供相关的故障处理操作。③光缆维护管理：系统科学的管理光缆监测系统所用到的资源，合理配置资源，反映资源的实际运行状况，实现对相关光缆资源维护管理功能。④拓扑管理：系统实现光缆网络拓扑视图，总结和归纳网络资料，资源配置资料，由此形成对应的传输资源拓扑体系。这个拓扑图式以地理信息系统平台为基础的，能够有效的实现光缆资源元素的界定，进而保证可以在拓扑图的基础上实现对应的信息查询或者操作。⑤对于数据监测获取到的数据信息可以进行积极的分析。对于光缆测试数据可以以图形特性分析的方式来处理，从而掌握光纤衰减信息，并且采取对应的措施予以解决。在于历史数据信息进行广泛深入对比之后，获取光纤隐性衰减信息之后，可以采取对应的预防措施，以避免会出现各种通信故障。

3光纤网络监控技术的应用前景

电力通信光缆自动监测系统二期研究开发通过对电力实际情况的故障定位相关技术的研究，使得光缆自动监控成为可能的同时，可以在较短的时间内找到故障的位置，分析其发生的原因，以保证尽快的实现处理，以保证光缆故障率的不断降低，提高故障处置响应速度，节省大量的故障处理时间和人工成本，提高了通信网络的可靠性及长途光缆的维护质量；与GIS地理信息系统紧密结合，可在电子地图上进行线路故障定位和显示。能够监控电力闽南地区骨干光缆的日常衰耗变化，有效预防外力变化造成的光缆中断；通过系统使用过程中故障处理经验的积累，为电力故障处理预案的编制提供依据，提高电力服务的层次，增加服务手段，提高通信管理水平；系统研发投运后可以向全系统进行推广，具有可观的经济和社会效益。

4结束语

综上所述，光纤网络检测技术的发展和进步能够为光纤网络的正常化运行创造相对健康的环境，即使光纤线路中出现故障，也可以通过智能化识别的方式，在最短的时间内进行处理和控制，由此保证通信服务的质量和效益。尤其对于电力系统的正常运行而言，实现光纤网络监控技术的融入，可以保证整个电力运行网络体系的健全性和稳定性，进而避免重大通信故障的出现。

参考文献

[1]范雨辰.基于OTDR的光纤实时监测系统设计[D].杭州电子科技大学，2015.

[2]王正方.桥隧工程安全监测的光纤光栅传感理论及关键技术研究[D].山东大学，2014.

激光检测技术范文第5篇

关键词 草甘膦检测；茶园土壤；太赫兹时域光谱系统

中图分类号 S481.8 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）08-0116-02

Detection of Glyphosate Pollution in Tealand Soil Using Terahertz Spectroscopy

WANG Jia-zhen 1 ZHANG Bao-cheng 1 LV Chao-yan 1 ZHANG Jin-li 2

（1 School of Biological and Agricultural Science and Technology，Zunyi Normal College，Zunyi Guizhou 563002； 2 Guizhou Lixiang Tea Co.，Ltd）

Abstract An exploration on tealand soil glyphosate pollution detection method was presented based on Terahertz（THz） Spectroscopy.Quantitat-ive adding glyphosate in tealand soil preparation the test samples and the sample test was carried out in Guizhou Institute of Metrology.The results showed that the residual amounts of soil glyphosate could reflect by refractive index and absorption coefficient.This study will provide a reference for tealand soil glyphosate detection and sustainable tea industry development.

Key words glyphosate detection；tealand soil；terahertz-time domain spectroscopy

草甘膦是我国农田杂草防治中长期使用的一种高效、广谱灭生性除草剂。近年来随着茶园面积的不断扩大，草甘膦在茶园中也开始大量使用，茶叶生产过程中草甘膦残留问题日益受到关注[1]。草甘膦进入土壤后与土壤中矿物质及有机物的结合能力很强，快速准确分析土壤中草甘膦残留量存在一定的难度[2]。 贵州茶园面积连续3年位居全国第一，茶叶已成为该省的重要经济作物，土壤草甘膦残留严重影响茶叶安全生产。因此，有必要开展茶园土壤草甘磷残留的快速检测技术研究。

与传统检测方法相比[3-4]，光谱分析法简单、快速且对样品几乎无损耗，其中红外光谱分析方法已应用于农药中草甘膦含量的快速检测[5]，红外光谱要进行Kramers-Kronig关系分析才能获得样品的光学参数。太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）最主要的优点是可以同时得到太赫兹脉冲的振幅和相位信息，只需要进行傅里叶变换，即可将参考信和样品的时域信息换成频域谱，通过分析可得到样品的吸收系数和折射率光谱[6-7]。基于以上特性，本研究尝试应用太赫兹时域光谱技术检测土壤中的草甘膦含量，为茶园土壤草甘膦残留检测提供新技术。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的茶园土壤取自贵州省湄潭县核桃坝村新建茶园（4年），采样时根据茶园的面积和地形，随机选取20个样点，用取土钻钻取10 cm深的土壤，混匀所有采样点的土样后，用四分法弃取土样至0.5 kg左右。土样先经过风干、磨碎，然后过200目筛。供试的草甘膦为草甘膦异丙胺盐（草甘膦含量30%，由青岛奥迪斯生物科技有限公司生产）。

1.2 试验仪器

以贵州省计量测试院研发中心搭建的投射式THz-TDS系统作为试验支撑，试验中的透射式太赫兹系统示意如图1所示，飞秒光纤激光器（λ=1 570 nm，Pav=280 mW，脉宽28 fs，重复频率 80 MHz）发出的激光聚焦在光电导天线上产生THz波。该系统的有效带宽为 0.15～3.00 THz，动态范围 60 dB。

1.3 试验设计

试验设4个处理，即用小型喷雾器分别向土壤中喷入0.18%、0.27%、0.40%（重量比）的草甘膦，以喷入相同体积的清水作为对照（CK）。制备好的测试土壤样品在真空干燥箱中干燥2 h后备用。

1.4 试验方法

1.4.1 土壤样品的压片制备方法。以220 mg/片，2.5 t压力为土壤样品压片的最佳制备参数[8]，压成厚度1.2 mm，直径为13 mm左右的圆盘形薄片，要求样片结构均匀，两表面互相平行且光滑。

1.4.2 太赫兹光谱采集。整个试验过程中，太赫兹光路部分充满干燥空气，且空气湿度保持在4%以下。另外，温度保持在（22.0±0.5） ℃[9]。每个样品测3次，取其平均值作为样品信号，以提高信噪比。

透射式THz-TDS系统可以同时得到太赫兹波穿过样品后电场的振幅和相位信息，之后进行傅里叶变换，可将参考信号和样品信号的时域信号经过变换之后得到频域信息，采用Dorney T.D.[10]和Duvillaret L.[11] 等人提出的光学常数模型进行计算，得到样品折射率n（ω）和吸收系数α（ω），其中A（ω）和Ф（ω）分别为样品信号和参考信号振幅模的比值和相位差。计算公式如下：

2 结果与分析

2.1 不同草甘膦残留的茶园土壤THz时域光谱

不同草甘膦残留的茶园土壤THz时域光谱见图2，其中实线表示THz波直接通过相对湿度为3.6%的干燥空气的参考信号，THz波通过土壤样品后携带了土壤信息。图2表明，土壤信号相对于参考信号有很大程度的衰减，这可归因于土壤样品对THz波的吸收和散射；由于土壤样品相对于空气对THz波的折射率大。从图2中可以看出，不同土壤样品信号之间相比都有一定的时间延迟，草甘膦残留最高的茶园土壤信号的时间延迟幅度最大。

2.2 不同草甘膦残留的茶园土壤折射率谱

图3表明的是不同草甘膦残留量的茶园土壤在0.2～1.5 THz范围内的折射率谱。分析折射率谱线发现，在有效频谱0.2～1.5 THz范围内茶园土壤的整体折射率变化幅度在2.00～2.27之间，随着茶园土壤中草甘膦含量的增加，折射率呈现出明显增大的趋势。

2.3 不同草甘膦残留的茶园土壤吸收系数谱

图4表明的是不同草甘膦残留量的茶园土壤在0.2～1.5 THz范围内的吸收系数谱。已有研究表明，草甘膦分子在0.4～1.5 THz波段内存在5个明显的吸收峰，位置分别为0.79、0.89、1.19、1.31、1.43 THz[12]。4N茶园土壤样品的吸收特征中都可以对应找到这5个吸收峰，而且吸收谱中还有更多的微小峰，这可归因于土壤背景的复杂性，同时也说明作为对照的茶园土壤中有一定量的草甘膦残留。随着茶园土壤中草甘膦含量的升高，吸收幅度呈增强趋势。

3 结论与讨论

茶叶中草甘膦超标问题正日益受到关注，开展茶园土壤草甘膦残留普查是当前茶园管理中的一项重要措施。本研究用残留有一定草甘膦的茶园土壤作样品，通过太赫兹时域光谱技术研究其太赫兹光谱特征。草甘膦残留越高的土壤其THz时域光谱信号时间延迟幅度越大、折射率谱越大、吸收系数谱的吸收幅度越强，呈现出一定的规律性。研究认为，应用太赫兹光谱技术在快速鉴定茶园土壤中草甘膦含量是可行的，能够满足大量样品快速、无损的检测要求。

4 致谢

感谢贵州省计量测试院研发中心刘丽萍、宋茂江、杨霏3位博士在太赫兹仪器设备使用及技术方面的帮助。

5 参考文献

[1] 黄嘉乐，李秀英，林森煜，等.离子色谱法测定茶叶中草甘膦的残留[J].食品安全质量检测学报，2016，7（5）：1895-1900.

[2] 王彦辉，李欣，周小毛，等.草甘膦铵盐在苎麻田的残留及消解动态[J].农药学学报，2010，12（2）：201-206.

[3] 张微，李文明，黄宝勇，等.整体柱高效液相色谱法测定草甘膦原药中甲醛含量[J].分析化学研究简报，2005，8（33）：1129-1131.

[4] 范顺利，吕超，高建磊.反相流动注射化学发光法测定草甘膦[J].理化检验（化学分册），2001（7）：289-290.

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