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激光檢測技術范文第1篇

【關鍵詞】激光超聲 表面波 無損檢測

一、激光超聲波研究進展

激光超聲技術在材料無損檢測研究方向的研究熱點。首先，激光是一種定向的電磁波，它具有高亮度，而且在信息的獲得和傳播上具有良好的運用；同時，激光廣泛用于醫學診斷、工業發展及軍事技術等領域。超聲波的傳播介質可以是固體、液體和氣體，通過它們之間的聯系和運用， 然后對傳播中的超聲波進行信息提取，進而準確測量物體的密度、硬度、強度、濃度、彈性等性質，并檢測出物體的表面缺陷，客觀地評價材料的物理性質。

激光超聲技術與傳統的超聲技術相比之下具有更大的優勢，因為激光超聲技術不需要接觸、分辨率很高、頻帶較寬，能對納米材料的力學性能進行有效評價，同時能夠檢測出精確到微、納米級的缺陷，因此激光超聲技術在檢測材料力學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發超聲技術的觀點，因為激光可以在固體中傳播，所以他嘗試利用脈沖激光在固體中進行超聲激發，發現固體會吸收激光、微波、電子束等輻射而產生彈性波。隨后，在越來越多的研究應用中，激光除了被用于固體中激發超聲，也被應用于液體和氣體中。Askaryan提出在液體中激發超聲， 用紅寶石激光射入液體激發超聲。隨著科技發展，許多學者圍繞著激光超聲展開大量的實驗和研究。Dewhurst等首次利用脈沖激光激發蘭姆波，測量2%精度的薄膜厚度；Wu等通過實驗檢測到蘭姆波的波形，并根據波形的傳播特征和色散關系，計算薄膜的彈性、厚度等相關的力學參數。學者們發現，在一定條件下超聲波可以在材料無損的情況下被激發出來，于是激光超聲開啟一種新的用于材料結構性能的無損檢測。

激光超聲技術結合激光和超聲波的特點，具有極大的發展潛力，在工程研究和應用中具有重大科學意義和學術價值。

二、激光超聲檢測技術的研究進展

近年來，國內外科學家為了更好地發展和應用激光超聲檢測技術，做了基礎大量的研究工作， 主要利用激光超聲技術進行材料性能無損檢測的相關研究。Domarkas等利用聲表面波在表面缺陷可以來判定缺陷的力學特征。Portz等理論研究超聲波在平板上的反射、透射中能量比例與頻率的關系。Fortunko利用激光超聲技術探測到兩維缺陷的形狀特征， 很為工程項目中探測焊接材料內部損傷提供幫助。Rokhlin等提出一種基于非線性的頻率調制的超聲技術， 探索層狀材料中間層的物理性質。隨著越來越多的學者進行理論和實踐的研究， 激光超聲無損檢測將被廣泛應用在各個領域。

三、超聲無損檢測數值研究的進展

在進行超聲無損檢測的實驗研究過程中，衍生許多有效而便于分析的數值研究方法。主要的數值計算方法有：有限元法、有限差分方法、邊界元方法等。

通過長期的實驗與研究，學者們有效的運用了這三種計算方法。Hirao等利用有限差分的數值法分析瑞利波中各種頻率成分反射和透射系數與表面缺陷深度的關系。Liu等將有限元方法與邊界積分法很好地結合在一起，對超聲波在遇到表面缺陷時產生的散射聲場進行分析，并準確的描述通過數值模擬彈性波在缺陷附近的模式轉換過程。除此之外，邊界元方法也具有很大優勢，它使用資源節省，而且能處理大模型的有關問題，廣泛運用于分析超聲波與表面缺陷的關系。Rose使用混合邊界元方法模擬不同頻率和模態的Lamb波在經過不同曲表面缺陷發生的散射場，為超聲檢測表面缺陷的結構特征提供充分的理論參考依據。這三種數值計算方法各有優點和不足，有限差分法雖然計算速度快，但求解過程不穩定。邊界元方法在離散過程中無法分析超聲波在材料內部的傳播特性。有限元方法是要利用嚴密的數學思想處理復雜的幾何構形、物理問題并且高效地實現計算機功能。有限元方法不僅能夠靈活處理各種復雜結構材料中的傳播問題，還能通過建立有限元模型分析各種參數隨環境變化的影響， 如： 熱擴散過程、光學穿透的過程等，并可以獲取全場數值解。

有限元方法在研究激光超聲技術領域是一種新興數值計算方法。它不僅能模擬復雜材料和結構的聲場分布，而且能準確描述場中某點的位置和波形。有限元具有高精度的特點，同時能預測各種情況的可能性，因而被廣泛運用于工程技術。因此，在本文的研究中，通過對有限元方法的應用來研究激光激發超聲的技術，分析材料的力學特征與各類參數之間的關系，進而為激光超聲的無損檢測奠定理論基礎。

四、激光超聲信號的研究進展

應用激光超聲技術對材料進行無損檢測和力學性能的評價的同時需要嚴密分析材料結構性質和力學參數的關系。在超聲無損檢測的過程中，檢測和分析超聲信號是整個過程的關鍵。對于各種材料的非穩態超聲信號處理時，待測信號的表現形式主要由信號的頻率、幅度、相位這三種組成，但是考慮到實際材料的結構力學特征較復雜，可能會影響超聲信號的平穩性。而對于穩態信號的檢測，學者們大多使用Fourier變換進行分析，但仍然具有不足，比如信噪比的限制，和測量參數的假頻現象。在這里介紹一種典型雙線性時頻分析方法，它基于光滑的Wigner-Ville時頻分析，主要是是通過集中瞬時頻率信號的能量來實現分析，最終的分析結果非常明顯，具有高效性。

首先通過分析單個波形，對激光激發的瞬態表面模態和能量的特性進行探究，然后利用群延遲時間計算出群速度，這與一般的方法相比顯得更加優越。而單個激光超聲脈沖激發出寬帶的過程中存在一定缺點，在外界寬帶噪聲的干擾下容易降低效率，因此為了提高對激光超聲信號的檢測效率，許多研究者利用激光超聲在時間和空間分布的調制技術，使激發的超聲信號向窄帶線性調頻信號進行轉變，從而更好地運用窄帶濾波技術或信號處理技術來提高檢測的信噪比。通過對激光超聲信號的研究，為以后激光超聲無損檢測材料的性能奠定了良好基礎。

激光檢測技術范文第2篇

關鍵詞：無損檢測技術；壓力容器；運用

1.前言

無損檢測技術是一門新型技術，技術使用主要是壓力容器檢測。該技術的使用是基于設備檢測時，不能影響到設備整體性能的要求而產生。在檢測過程中，不會導致設備結構分解，物理外觀發生改變，檢測準確率高。

2.激光無損檢測

壓力容器檢測方法，方法局限性比較大，應該綜合使用，才能使得檢測技術得到保障。就當前發展而言，壓力容器檢測方法非常多，常用的技術主要有超聲檢測、滲透檢測以及磁粉等等。這些檢測技術有各自缺陷和優勢。激光散斑技術是借助散光斑圖分析檢測結果，對被檢測的物體進行激光處理，有缺陷的位置會出現條紋，從而判斷異常存在位置。激光本身能量比較高度集中，單色性較好，在使用時方向性很強。在無線損檢測領域，使用的范圍逐漸擴大，有激光散斑、激光全熄以及激光超聲波等等新技術。激光全息技術的使用，針對的是超聲波施加負荷。存在缺陷的位置會出現形變，激光會記錄下該形變量，最終的數值同其他材料對比有差異，這就可以判斷出材料的特性。激光超聲波有著突出優勢，最關鍵的優勢是能實現非接觸檢測，能夠避免耦合劑的影響。使用該技術進行檢測，可以檢測到設備的特性，該檢測技術被使用于壓力容器焊縫表面檢查使用。

3.激光無損檢測新技術在壓力容器檢測中的運用

3.1在壓力容器檢測中應用低頻率電磁技術

低頻率電磁技術已經成為壓力容器檢測最常選擇的檢測技術，該檢測技術借助激發探頭設備，在壓力容器檢測中輸入低頻率電磁信號。該信號一旦遇到壓力容器有缺陷存在時會及時的進行信號反射，信號的原有性會發生改變。使用該技術定位出壓力容器缺陷位置，借助回波信號情況，做好定量分析工作。掌握壓力容器實際情況，這在進行生產中，保障了生產質量。根據相關調研發現，低頻率電磁技術的使用取得了良好成效。該檢測技術，一般都會從壓力容器表面逐漸深入到內部，一般表面的檢測進行中，遇見缺陷時，該技術會快速的定位出病害所在，從而更有力的進一步優化設備生產。這是一種非接觸性的檢測技術，將其放置容器中進行檢測時，不會造成污染，更不會影響檢測結果。

3.2磁粉檢測技術在壓力容器檢測中的應用

磁粉檢測技術在壓力容器檢測中的應用方法主要是磁軛法，這種方法操作簡單便捷，活動關節磁軛能夠對壓力容器的角焊縫進行較為深人的檢測。在壓力容器檢測過程中，要對壓力容器各個方向上有可能存在的缺陷進行檢測，應在同一檢測位置進行相互垂直的探傷操作。為了保證檢測的精確度，可以將壓力容器焊縫劃分為多個檢測部分，另外，檢測時應具備一定的重疊。磁軛檢測方法具有多種優點，但也具有一定的局限性。該檢測技術存在的最大的缺陷是效率相對較低，在檢測過程中會導致漏檢問題出現，但是這樣的情況在后期檢測中是可以避免的。在進行檢測時，還可以選擇交叉磁軛的方式進行檢測，這是壓力容器最常選擇的檢測方法。在檢測中，會產生大量的旋轉磁場，不過檢測靈敏度比較高，整個操作過程簡單方便。進行檢測時，一旦發現有較大的缺陷粗壯你就愛，會及時定位出來。這樣檢測技術最常使用于深度較大的部位，但是不合適使用于壓力容器角焊縫探測。該檢測方法對電壓有較高的要求，一般情況下，需要提供380v的電壓，如果檢測條件有局限時，不能提供要求的電壓，該檢測方法將不能使用。因此，可以看出該檢測方法存在一定的缺陷。該檢測方法對于壓力容器檢測，使用效果比較明顯，適應性也比較強。這個方法和與磁軛方法存在一定共性。簡單而言，就是進行在壓力容器檢測時，需要對某個部位進行兩次檢測，這樣才能保障檢測的準確率。

3.3激光全息無損檢測技術

激光全息無損檢測技術被推廣使用是在70年代，激光本身尤其獨特的其特性性能，因此被推廣使用。隨著科技水平不斷進步，逐漸發展成激光全息、激光超聲波技術。這些技術的使用，使得檢測更加準確，拓展檢測領域新天地。在激光檢測領域，激光全息是使用最早的一項技術，也是使用最廣泛之技術。根據統計顯示，激光全息技術占據技術重要組成部分。其實它的檢測原理非常簡單，借助對檢測物體外加荷載，當檢測物體出現形變量時，就可以確定缺陷位置。在未來發展中，激光全息無損檢測技術有以下重要發展方面。一，將全息圖直接記載在材料上，就可以對圖像進行干涉，從而浮現出新的圖像。二，在進行圖像處理時，要獲得更多的干預條紋的實時定量數據。三，選擇新的干預技術，例如選擇了相移干涉技術，總體使用上，會進一步提升全息技術檢測質量。

3.4激光超聲無損檢測技術

超聲檢測技術檢測成本比較高，安全性比較差，在當前發展中，規模還比較小，屬于發展階段。但是超聲檢測技術的使用，卻有良好的前景。一，可以在高溫條件下進行檢測，例如進行熱鋼材在線檢測。二，使用于方便面接近的物體檢測。例如：放射性樣品檢測。三，超聲波檢測可以射到檢測物體任何部位。因此，可以使用于檢測外形不規則的樣品。四，借助超聲波可以對超薄樣品表面進行檢測。在近幾年發展中，超聲波檢測的范圍在逐漸擴大。

4.結束語

激光無損檢測技術相對于傳統檢測技術而言，該檢測準確率高。使用新技術進行檢測，能夠準確的定位出容器缺陷所在，從而及時進行調整。壓力容器檢驗對于保證壓力容器的正常安全運行具有重要意義，在實際工作過程中應該高度重視壓力容器的檢測工作。當前壓力容器檢驗過程中還存在著不少問題，這些問題如果得不到有效解決就會嚴重影響到檢驗效果。

參考文獻：

[1]董世運，劉彬，徐濱士，林俊明.再制造領域中超聲無損檢測技術的應用及其發展趨勢[J].全球華人無損檢測高峰論壇

激光檢測技術范文第3篇

煤礦示蹤氣體光學檢測儀器總體方案圖如圖1，光源產生的紅外光束經光調制器后變成脈沖式光束，脈沖光束穿過充滿待測氣體的光增強腔，光聲檢測器用于測量光學腔內光脈沖強度，反饋環節用于放大調整光源。由于增強腔鏡的距離與光波長產生共振，引起光增強腔內壓力變化，產生聲學駐波，信號處理環節拾取聲學駐波強度，將聲波轉換為電信號，其信號強度與待測六氟化硫氣體濃度存在近似于指數的對應關系，通過單片機運算即可確定六氟化硫氣體濃度。

2實現方法

1)光源。根據紅外段六氟化硫氣體的吸收特性和高精度遷移分子吸收數據庫，六氟化硫在500～1600cm－1段都有較明顯的吸收譜線圖，中紅外可調諧激光光源在性能上比較理想，但價格昂貴，難以推廣應用，綜合考慮煤礦井下干擾氣體種類、成本和發光效率等因素，選用的是中心波長為1000cm－1的碳化硅黑體光源，聯合中心波長為1000cm－1，狹縫寬度為±200cm－1的濾光片，配合紅外相關氣體濾波室，即可以得到純凈、穩定適用、成本適中的紅外光源［4］。2)光調制器。檢測速度是儀器效能評估的關鍵指標之一，常規光學檢測儀器的光調制器通過周期性的阻塞連續光產生脈沖光，在2個脈沖之間，調制光的光強度是0，反饋信號中斷導致腔鎖定機制慢，儀器檢測速度很低，難以滿足煤礦用戶實際需求，因此截斷器如何有效的間斷地開啟反饋信號是提升儀器檢測速度的關鍵［5］。為此，采用使光強度不降到0的方案，使調制光的強度在較高與較低之間進行切換，在光強度較低時間段，光強度略大于0，確保反饋信號不中斷，從而縮短反饋回路的響應時間。

截斷器結構圖如圖2，截斷器用于將連續光束調制為非零脈沖光束，其主體結構設計為旋轉圓盤，由透射系數略高于0的低透射部分和透射系數大致等于l的高透射部分組成［6］。截斷器以恒定角速度旋轉，在低透射部分上時，阻塞了光的大部分，通過截斷器后的光強度較低，只會激發氣體中的極少部分氣體分子，但為檢測器反饋信號已經足夠了，在高透射部分上時，通過截斷器之后的光強度較高，會激發了氣體中的許多分子，導致熱能增加，引起氣體室中壓力局部上升，為光聲檢測器提供檢測信號。3)光聲檢測器。紅外光檢測器設計受成本、尺寸、封裝形式等因素制約，以MEMS技術為基礎的紅外線檢測技術通過芯片級的封裝工藝，實現了器件的高精度、低成本和小型化，為闡述的技術提供了器件支撐，通過優化增強腔數學解析模型，得到光聲信號與氣體濃度、溫度和腔結構參數的關系［7］，結合MEMS技術，研制了光聲基于光聲檢測原理的配套檢測器。4)反饋環節。反饋環節由分光器、偏振檢測器和反饋回路等組成，用于測量輸出鏡輸出的光強度，通過反饋回路修正光頻率，使光波長與增強腔的諧振頻率基本一致，難點在光檢測器中用于微弱信號處理的鎖相放大器設計，鎖相放大器利用待測信號和參考信號的互相關檢測原理實現信號處理，能夠在較強的噪聲中提取有效信號，在微弱信號檢測方面優勢明顯。設計的鎖相放大器的基本結構包括信號通道、參考通道、相敏檢測器和低通濾波器等，鎖相放大器的基本結構圖如圖3，信號通道對調制正弦信號輸入進行放大，將微弱信號放大到足以推動相敏檢測器工作，并濾除部分干擾;參考通道對參考輸入信號進行調整，以適應相敏檢測器對信號幅度的要求，并對參考輸入信號進行移相處理，以使檢測結果達到最佳［8］。

3整機集成

煤礦示蹤氣體光學檢測儀器整機結構示意圖如圖4，儀器信號采樣及控制單元主體結構原理圖如圖5，儀器電源原理圖如圖6。光源用于產生中心波長為1000cm－1左右的可調制紅外光;光調制器用于周期性地中斷光源發出的光束，將連續的紅外光調制在特定“截斷”頻率上的一系列脈沖光;在包含半透明鏡的光學腔內，氣體室允許氣體通過氣體入口和氣體出口流動穿過，并在輸入鏡之前設置光隔離器，以減小從光源到腔鏡反射，脈沖光通過輸入鏡，進入到光學腔，在腔鏡間穿過待測氣體多次反射，六氟化硫氣體分子周期性吸收紅外光吸收紅外光能量，將氣體分子激發到更高能級，導致氣體分子熱能增加，氣體室內壓力上升，其后在下一個脈沖到達前減小壓力;反饋回路通過偏振檢測器測量光學腔中光強度，通過鎖相放大器放大、調整和拾取有效測量信號，并回饋給光源，光源根據反饋信息將光波長調諧到與2個腔鏡之間的距離產生共振;光聲檢測器安裝在氣體室中心處，拾取由吸收光在氣體中產生的聲波，將聲波轉換為電信號，根據信號強度，調制光調制器的旋轉速度，領共振頻率與脈沖光截斷頻率相匹配，使壓力變化產生截斷頻率上的聲學駐波，其信號強度與待測六氟化硫氣體濃度存在近似于指數的對應關系，通過單片機運算即可確定六氟化硫氣體濃度。

4結語

激光檢測技術范文第4篇

【關鍵詞】光纖網絡監控技術；光纜線路；光纜故障

【中圖分類號】TN915.63【文獻標識碼】A【文章編號】1006-4222（2016）02-0060-01

1光纖網絡監控技術概況

1.1光纖網絡監控技術的運行原理

①在光纖后向散射曲線遠端測試的基礎上，對于光纜線路實現全程監測，如果在此過程中光纜運行不正常，就會自動進行測試，并且在光時域反射儀的幫助下，對于光纜故障的位置進行搜尋和標記，一般會在GIS地圖上準確標出來。②以業務設備警報的方式，使得對應的測試方案得以啟動，在界定設備端口與光纜之間關系的基礎乢，明確光纜故障的發生位置，在此基礎上實現OTDR測試方案的啟動。③波分復用技術的運用，可以處理好試波與工作波長之間的關系，使得其完美的融合在一起，由此切實的完成光纜在線測試工作。④通過測試備纖的性能反映整根光纜包括工作光纖的性能，測試光與傳輸業務可以在同樣的光纜中進行，僅僅是在不同光纖芯上進行傳達，并且從物理角度上做好隔離測試工作。⑤網絡告警與光纜故障通過相關規則進行關聯分析，使系統根據規則對光纜網絡故障進行初步判斷。

1.2光纖網絡監控技術的特點具體來講，光纖網絡監控技術的特點主要體現在以下幾個方面：

（1）將網絡告警與光纜故障通過相關規則進行關聯分析，使系統根據規則對光纜網絡故障進行初步判斷；

（2）利用ODTR實現光纜故障精確定位；

（3）采用專用技術手段和工程手段，由光纜空間距離、光纜皮長、光纜耐張長度準確推算出光纖的準確長度；

（4）利用故障影響業務分析技術，在出現網絡故障時，針對此故障對全網業務影響程度進行科學定量的分析。

2光纖網絡監控技術的應用

在電力光纜線路構建的過程中，發揮其在此方面自動監測功能，保證在較短的時間內找到光纜障礙，使得光纜裂化的現象得以控制，這對于促進長途光纜維護質量的提升而言，是很有必要的。并與GIS地理信息系統緊密結合，可在電子地圖上進行線路故障定位和顯示。當前光纖網絡控制技術的應用現狀來看，其主要會在以下幾個方面發揮效能：①光纜線路監測：系統提供完善、方便的光纜線路測試支持；一般來講可以結合實際需求提供不同的測試方案：可以是定期測試的方式；可以是點名測試的方式；可以是模擬警告的測試方式。在特殊情況下，可以綜合運用多種測試方式，以保證光纜線路維護工作的有效性。②光纜故障管理：在受到故障警告曲線數據文件之后，會自動啟動對應的警告機制，并基于地理信息系統或邏輯拓撲的視圖上顯示故障發生的位置，并提供相關的故障處理操作。③光纜維護管理：系統科學的管理光纜監測系統所用到的資源，合理配置資源，反映資源的實際運行狀況，實現對相關光纜資源維護管理功能。④拓撲管理：系統實現光纜網絡拓撲視圖，總結和歸納網絡資料，資源配置資料，由此形成對應的傳輸資源拓撲體系。這個拓撲圖式以地理信息系統平臺為基礎的，能夠有效的實現光纜資源元素的界定，進而保證可以在拓撲圖的基礎上實現對應的信息查詢或者操作。⑤對于數據監測獲取到的數據信息可以進行積極的分析。對于光纜測試數據可以以圖形特性分析的方式來處理，從而掌握光纖衰減信息，并且采取對應的措施予以解決。在于歷史數據信息進行廣泛深入對比之后，獲取光纖隱性衰減信息之后，可以采取對應的預防措施，以避免會出現各種通信故障。

3光纖網絡監控技術的應用前景

電力通信光纜自動監測系統二期研究開發通過對電力實際情況的故障定位相關技術的研究，使得光纜自動監控成為可能的同時，可以在較短的時間內找到故障的位置，分析其發生的原因，以保證盡快的實現處理，以保證光纜故障率的不斷降低，提高故障處置響應速度，節省大量的故障處理時間和人工成本，提高了通信網絡的可靠性及長途光纜的維護質量；與GIS地理信息系統緊密結合，可在電子地圖上進行線路故障定位和顯示。能夠監控電力閩南地區骨干光纜的日常衰耗變化，有效預防外力變化造成的光纜中斷；通過系統使用過程中故障處理經驗的積累，為電力故障處理預案的編制提供依據，提高電力服務的層次，增加服務手段，提高通信管理水平；系統研發投運后可以向全系統進行推廣，具有可觀的經濟和社會效益。

4結束語

綜上所述，光纖網絡檢測技術的發展和進步能夠為光纖網絡的正常化運行創造相對健康的環境，即使光纖線路中出現故障，也可以通過智能化識別的方式，在最短的時間內進行處理和控制，由此保證通信服務的質量和效益。尤其對于電力系統的正常運行而言，實現光纖網絡監控技術的融入，可以保證整個電力運行網絡體系的健全性和穩定性，進而避免重大通信故障的出現。

參考文獻

[1]范雨辰.基于OTDR的光纖實時監測系統設計[D].杭州電子科技大學，2015.

[2]王正方.橋隧工程安全監測的光纖光柵傳感理論及關鍵技術研究[D].山東大學，2014.

激光檢測技術范文第5篇

關鍵詞 草甘膦檢測；茶園土壤；太赫茲時域光譜系統

中圖分類號 S481.8 文獻標識碼 A 文章編號 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

草甘膦是我國農田雜草防治中長期使用的一種高效、廣譜滅生性除草劑。近年來隨著茶園面積的不斷擴大，草甘膦在茶園中也開始大量使用，茶葉生產過程中草甘膦殘留問題日益受到關注[1]。草甘膦進入土壤后與土壤中礦物質及有機物的結合能力很強，快速準確分析土壤中草甘膦殘留量存在一定的難度[2]。 貴州茶園面積連續3年位居全國第一，茶葉已成為該省的重要經濟作物，土壤草甘膦殘留嚴重影響茶葉安全生產。因此，有必要開展茶園土壤草甘磷殘留的快速檢測技術研究。

與傳統檢測方法相比[3-4]，光譜分析法簡單、快速且對樣品幾乎無損耗，其中紅外光譜分析方法已應用于農藥中草甘膦含量的快速檢測[5]，紅外光譜要進行Kramers-Kronig關系分析才能獲得樣品的光學參數。太赫茲時域光譜技術（THz-TDS）最主要的優點是可以同時得到太赫茲脈沖的振幅和相位信息，只需要進行傅里葉變換，即可將參考信和樣品的時域信息換成頻域譜，通過分析可得到樣品的吸收系數和折射率光譜[6-7]。基于以上特性，本研究嘗試應用太赫茲時域光譜技術檢測土壤中的草甘膦含量，為茶園土壤草甘膦殘留檢測提供新技術。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的茶園土壤取自貴州省湄潭縣核桃壩村新建茶園（4年），采樣時根據茶園的面積和地形，隨機選取20個樣點，用取土鉆鉆取10 cm深的土壤，混勻所有采樣點的土樣后，用四分法棄取土樣至0.5 kg左右。土樣先經過風干、磨碎，然后過200目篩。供試的草甘膦為草甘膦異丙胺鹽（草甘膦含量30%，由青島奧迪斯生物科技有限公司生產）。

1.2 試驗儀器

以貴州省計量測試院研發中心搭建的投射式THz-TDS系統作為試驗支撐，試驗中的透射式太赫茲系統示意如圖1所示，飛秒光纖激光器（λ=1 570 nm，Pav=280 mW，脈寬28 fs，重復頻率 80 MHz）發出的激光聚焦在光電導天線上產生THz波。該系統的有效帶寬為 0.15～3.00 THz，動態范圍 60 dB。

1.3 試驗設計

試驗設4個處理，即用小型噴霧器分別向土壤中噴入0.18%、0.27%、0.40%（重量比）的草甘膦，以噴入相同體積的清水作為對照（CK）。制備好的測試土壤樣品在真空干燥箱中干燥2 h后備用。

1.4 試驗方法

1.4.1 土壤樣品的壓片制備方法。以220 mg/片，2.5 t壓力為土壤樣品壓片的最佳制備參數[8]，壓成厚度1.2 mm，直徑為13 mm左右的圓盤形薄片，要求樣片結構均勻，兩表面互相平行且光滑。

1.4.2 太赫茲光譜采集。整個試驗過程中，太赫茲光路部分充滿干燥空氣，且空氣濕度保持在4%以下。另外，溫度保持在（22.0±0.5） ℃[9]。每個樣品測3次，取其平均值作為樣品信號，以提高信噪比。

透射式THz-TDS系統可以同時得到太赫茲波穿過樣品后電場的振幅和相位信息，之后進行傅里葉變換，可將參考信號和樣品信號的時域信號經過變換之后得到頻域信息，采用Dorney T.D.[10]和Duvillaret L.[11] 等人提出的光學常數模型進行計算，得到樣品折射率n（ω）和吸收系數α（ω），其中A（ω）和Ф（ω）分別為樣品信號和參考信號振幅模的比值和相位差。計算公式如下：

2 結果與分析

2.1 不同草甘膦殘留的茶園土壤THz時域光譜

不同草甘膦殘留的茶園土壤THz時域光譜見圖2，其中實線表示THz波直接通過相對濕度為3.6%的干燥空氣的參考信號，THz波通過土壤樣品后攜帶了土壤信息。圖2表明，土壤信號相對于參考信號有很大程度的衰減，這可歸因于土壤樣品對THz波的吸收和散射；由于土壤樣品相對于空氣對THz波的折射率大。從圖2中可以看出，不同土壤樣品信號之間相比都有一定的時間延遲，草甘膦殘留最高的茶園土壤信號的時間延遲幅度最大。

2.2 不同草甘膦殘留的茶園土壤折射率譜

圖3表明的是不同草甘膦殘留量的茶園土壤在0.2～1.5 THz范圍內的折射率譜。分析折射率譜線發現，在有效頻譜0.2～1.5 THz范圍內茶園土壤的整體折射率變化幅度在2.00～2.27之間，隨著茶園土壤中草甘膦含量的增加，折射率呈現出明顯增大的趨勢。

2.3 不同草甘膦殘留的茶園土壤吸收系數譜

圖4表明的是不同草甘膦殘留量的茶園土壤在0.2～1.5 THz范圍內的吸收系數譜。已有研究表明，草甘膦分子在0.4～1.5 THz波段內存在5個明顯的吸收峰，位置分別為0.79、0.89、1.19、1.31、1.43 THz[12]。4N茶園土壤樣品的吸收特征中都可以對應找到這5個吸收峰，而且吸收譜中還有更多的微小峰，這可歸因于土壤背景的復雜性，同時也說明作為對照的茶園土壤中有一定量的草甘膦殘留。隨著茶園土壤中草甘膦含量的升高，吸收幅度呈增強趨勢。

3 結論與討論

茶葉中草甘膦超標問題正日益受到關注，開展茶園土壤草甘膦殘留普查是當前茶園管理中的一項重要措施。本研究用殘留有一定草甘膦的茶園土壤作樣品，通過太赫茲時域光譜技術研究其太赫茲光譜特征。草甘膦殘留越高的土壤其THz時域光譜信號時間延遲幅度越大、折射率譜越大、吸收系數譜的吸收幅度越強，呈現出一定的規律性。研究認為，應用太赫茲光譜技術在快速鑒定茶園土壤中草甘膦含量是可行的，能夠滿足大量樣品快速、無損的檢測要求。

4 致謝

感謝貴州省計量測試院研發中心劉麗萍、宋茂江、楊霏3位博士在太赫茲儀器設備使用及技術方面的幫助。

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