Терагерцовый сканирующий рефлектометр для визуализации строения полимерных конструкций в аддитивном производстве

A. I. Berdyugin, A. V. Badin, R. P. Gursky, E. A. Trofimov, G. E. Kuleshov

Аннотация


Представлены результаты разработки и практического применения в аддитивном производстве системы рефлектометрии объектов в терагерцовом диапазоне частот для анализа структуры. Для непрерывной генерации электромагнитного излучения применялась лампа обратной волны, в качестве детектора использовался акустооптический преобразователь (Ячейка Голея). Управление рефлектометром реализовано с персонального компьютера через модуль ввода-вывода Lcard E154 и штатный цифро-аналоговый преобразователь спектрометра СТД-21. Тестирование системы произведено на частоте 874 ГГц на образце композиционной конструкции, изготовленной методом 3D-печати.

Бердюгин А. И., Бадьин А. В., Гурский Р. П., Трофимов Е. А., Кулешов Г. Е. Терагерцовый сканирующий рефлектометр для визуализации строения полимерных конструкций в аддитивном производстве. Ural Radio Engineering Journal. 2021;5(3):207–224. DOI: 10.15826/urej.2021.5.3.001.

 


Ключевые слова


рефлектометр; терагерцовое излучение; имиджинг; визуализация; неоднородный объект

Полный текст:

PDF

Литература


Cao C., Toney M. F., Sham T.-K., Harder R., Shearing P. R., Xiao X., Wang J. Emerging X-ray imaging technologies for energy materials. Materials Today. 2020;34:132–147. DOI: 10.1016/j.mattod.2019.08.011

Luker G. D., Luker K. E. Optical imaging: current applications and future directions. Journal of Nuclear Medicine. 2008;49(1):1–4. DOI: 10.2967/jnumed.107.045799

Haar G. Ultrasonic imaging: safety considerations. Interface Focus. 2011;1(4):686–697. DOI: 10.1098/rsfs.2011.0029

Supriya M., Samuel A. V. Terahertz technology: A Review on dental perspective. Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2020;12(10):1320–1325. Available at: https://www.jpsr.pharmainfo.in/Documents/Volumes/vol12issue10/jpsr12102013.pdf

Mittleman D. M. Perspective: Terahertz science and technology. Journal of Applied Physics. 2017;122(23):230901. DOI: 10.1063/1.5007683

Mattsson M. O., Simkó M. Emerging medical applications based on non-ionizing electromagnetic fields from 0 Hz to 10 THz. Medical Devices: Evidence and Research. 2019;12:347–368. DOI: 10.2147/MDER.S214152

Son J. H., Oh S. J., Cheon H. Potential clinical applications of terahertz radiation. Journal of Applied Physics. 2019;125(19):190901. DOI: 10.1063/1.5080205

Markl D., Wang P., Ridgway C., Karttunen A.-P., Chakraborty M., Bawuah P. et al. Characterization of the pore structure of functionalized calcium carbonate tablets by terahertz time-domain spectroscopy and X-ray computed microtomography. Journal of Pharmaceutical Sciences. 2017;106(6):1586–1595. DOI: 10.1016/j.xphs.2017.02.028

Chen Q., Chen X., Xu K. 3-D Printed Fabry–Perot Resonator Antenna with Paraboloid-Shape Superstrate for Wide Gain Bandwidth. Applied Sciences. 2017;7(11):1134. DOI: 10.3390/app7111134

von Bieren A., de Rijk E., Ansermet J.-Ph., Macor A. Monolithic metal-coated plastic components for mm-wave applications. In: 2014 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz), Tucson, AZ, 14–19 Sept. 2014. 2014, pp. 1–2. DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2014.6956222

Wu Z., Liang M., Ng W.-R., Gehm M., Xin H. Terahertz horn antenna based on hollow-core electromagnetic crystal (EMXT) structure. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2012;60(12):5557–5563. DOI: 10.1109/TAP.2012.2211318

D’Auria M., Otter W. J., Hazell J., Gillatt B. T. W., Long-Collins C., Ridler N. M., Lucyszyn S. 3-D printed metal-pipe rectangular waveguides. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2015;5(9):1339–1349. DOI: 10.1109/TCPMT.2015.2462130

Guo C., Shang X., Lancaster M. J., Xu J. A 3-D printed lightweight X-band waveguide filter based on spherical resonators. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2015;25(7):442–444. DOI: 10.1109/LMWC.2015.2427653

Cai F., Khan W. T., Papapolymerou J. A low loss X-band filter using 3-D polyjet technology. In: 2015 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Phoenix, 17–22 May 2015. 2015, pp. 1–4. DOI: 10.1109/MWSYM.2015.7166895

Bodazhkov D. S., Kremzer R. A., Badin A. V. Polarization properties in EHF range of carbon-containing compositional structures obtained by 3D printing method. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;511(1):012026. DOI: 10.1088/1757-899X/511/1/012026

Arbaoui Y., Laur V., Maalouf A., Quéffélec P., Passerieux D., Delias A., Blondy P. Full 3-D printed microwave termination: A simple and low-cost solution. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2015;64(1):271–278. DOI: 10.1109/TMTT.2015.2504477

Кремзер Р. А., Бадьин А. В. Поглотители КВЧ-излучения, полученные по аддитивной технологии. Электронные средства и системы управления. 2018;1(1):333–335.

Dorozhkin K. V., Kuleshov G. E., Badin A. V., Gering M. O., Simonova K. V. Selective EHF absorber based on BaFe12O19 hexaferrite. ITM Web of Conferences. 2019;30(4):07006. DOI: 10.1051/itmconf/20193007006

Wang Q., Xie L., Ying Y. Overview of imaging methods based on terahertz time-domain spectroscopy. Applied Spectroscopy Reviews. 2021. DOI: 10.1080/05704928.2021.1875480

Lin H., Russell B. P., Bawuah P., Zeitler J. A. Sensing water absorption in hygrothermally aged epoxies with terahertz time-domain spectroscopy. Analytical Chemistry. 2021;93(4):2449–2455. DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04453

Li J., Mengu D., Yardimci N. T., Luo Y., Li X., Veli M., et al. Diffractive network-based single-pixel machine vision. In Proceedings SPIE Volume 11804, Emerging Topics in Artificial Intelligence (ETAI) 2021; 118040A (2021) DOI: 10.1117/12.2594415

Беспалов В. Г., Городецкий А. А., Грачев Я. В., Козлов С. А., Новоселов Е. В. Импульсный терагерцовый рефлектометр. Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2011;11(1):19–23. Режим доступа: https://ntv.ifmo.ru/ru/article/337/impulsnyy_teragercovyy_reflektometr.htm

Gorshunov B. P., Volkov A. A., Prokhorov A. S., Spektor I. E. Methods of terahertz-subterahertz BWO spectroscopy of conducting materials. Physics of the Solid State. 2008;50(11):2001. DOI: 10.1134/S1063783408110012

Иомдина Е. Н., Селиверстов С. В., Сианосян А. А., Теплякова К. О., Русова А. А., Гольцман Г. Н. Терагерцевое сканирование для оценки содержания воды в роговице и склере. Современные технологии в медицине. 2018;10(4):143–150. DOI: 10.17691/stm2018.10.4.17

Кекконен Э. А., Коновко А. А., Ли Ю. С., Ли И.-М., Ожередов И. А., Парк К. Х. и др. Оценка степени гидратации тканей глазной поверхности методом терагерцевой рефлектометрии. Квантовая электроника. 2020;50(1):61–68. Режим доступа: http://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=qe&paperid=17178&option_lang=rus

Kucheryavenko A. S., Chernomyrdin N. V., Gavdush A. A., Alekseeva A. I., Nikitin P. V., Dolganova I. N., et al. Terahertz dielectric spectroscopy and solid immersion microscopy of ex vivo glioma model 101.8: brain tissue heterogeneity. Biomedical Optics Express. 2021;12(8):5272–5289. DOI: 10.1364/BOE.432758

Perov A. N., Zaytsev K. I., Fokina I. N., Karasik V. E., Yakovlev E. V., Yurchenko S. O. BWO based THz imaging system. Journal of Physics: Conference Series. 2014:486(1):012027. DOI: 10.1088/1742-6596/486/1/012027

Lu T., Yuan H., Zhang Z., Wu T., Zhang C., Zhao Y. Experimental 210GHz terahertz nondestructive testing for aerospace composite materials. In: 2016 13th International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technology (IBCAST), Islamabad, 12–16 Jan. 2016. IEEE; 2016, pp. 714–717. DOI: 10.1109/IBCAST.2016.7429960

Badin A. V., Berdyugin A. I., Vigovskii V. Y., Dunaevskii G. E. System of automated measurement of electromagnetic response of anisotropic materials in quasi-optical beams. In: International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, Erlagol, 29 June – 3 July 2017. IEEE; 2017, pp. 301–304. DOI: 10.1109/EDM.2017.7981760

Zhakupov S. N., Badin A. V., Berdugin A. I. Automated quasioptical system for EHF imaging of heterogeneous materials with subwavelength resolution. In: 2019 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Tomsk, 18–20 April 2019. IEEE; 2019, pp. 1–4. DOI: 10.1109/SIBCON.2019.8729563


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


URAL RADIO ENGINEERING JOURNAL

2020