太赫茲測量方法
測量有機和電介質單層和多層系統.
太赫茲測量方法可以測量塗層厚度以及對各種有機和介電材料進行材料分析. 太赫茲波可以穿透多達七層 – 非接觸式、完全無損且非游離輻射.
這就是太赫茲測量的工作原理.
有許多技術使用太赫茲頻率範圍內的電磁波. 其中一項技術是太赫茲時域光譜 (TDS)，這是一種既定的材料分析方法，使用 0.1 至 6 太赫茲寬頻率範圍內的極短脈衝太赫茲波. 當太赫茲波撞擊不導電或弱導電材料時，它們會穿透它並被部分反射. 如果這些材料是作為多層系統應用於基材上，例如車身上的漆或載具材料上的箔，則太赫茲波會在各層的界面處部分反射.
這些反射的「回波」脈衝以特定的時間差進行檢測，從而可以測量反射訊號的傳輸時間. 這使得界面之間的距離（即每層的厚度）能夠非常精確且無需接觸的確定. 因此，太赫茲時域光譜可以在一次測量中分別檢測多層系統中每一層的厚度.
還可以確定其他參數，例如自由電荷載子 (2DEG) 的均勻性、孔隙率、電導率和遷移率. 基材的性質對測量沒有影響. 此外，該技術還可以屏蔽由室溫或環境光等引起的不連續輻射.
此示意圖說明了太赫茲時域光譜的基本原理.
- 超短脈衝太赫茲波撞擊所研究的材料，穿透它並在層的界面處部分反射.
- 在不同時間檢測到不同的反射，這提供了有關距離的資訊，從而提供了有關膜層厚度的資訊.
太赫茲測量技術的特點是精度高: 可以在小於 2 mm 的測量表面上測定 > 10 μm 的層厚度. 相比於磁感應法具有相似的分辨率，太赫茲測量的重複性提高了 10 倍，精度為 1 ‰.
由於有機或介電層（例如清漆或塗料）至少部分對太赫茲波透明，因此它們不會影響材料. 測量完全是非破壞性的. 與磁感應和超音波測量相比，太赫茲方法完全非接觸式工作，工作距離為幾公分. 因此，即使是潮濕和柔軟的層也可以毫無問題地進行測量.
太赫茲波位於遠紅外線範圍內，這意味著它們的能量比可見光或 X 射線要少. 因此它們是非游離輻射且無害的. 太赫茲儀器可以開放式操作，不需要輻射防護.
這個方法用在哪裡?
太赫茲技術可用於許多不同行業的眾多應用，例如汽車、半導體製造和晶圓測試、電池製造、多層塑膠擠出/層壓、航空航太、燃料電池、光伏、化學、塗料和清漆等領域，製藥、醫療等等.
- 塑膠或金屬基材上有機和介電（非導電或低導電）單層和多層系統的塗層厚度測量
- 乾和濕、硬和軟、光滑或粗糙塗層的塗層厚度測量
- 非接觸式電導率測量（如太陽能電池、晶圓2DEG、石墨烯)
- 品質控制和無損檢測 (NDT)、材料成像、隱藏缺陷和夾雜物檢測、光譜測量
- 材料特性與開發
- 測量雷達相關特性，例如雷達傳輸和雷達反射
哪些因素會影響測量?
在太赫茲測量技術中，有幾個因素會影響結果的準確性和可靠性.
適用於各種材料和表面
不同的材料在太赫茲頻率範圍內具有不同的吸收和反射特性. 材料的成分、密度、電導率、表面粗糙度和透明度都會影響太赫茲波的測量. 此外，表面形狀也會對測量產生影響. 因此，應考慮特定的材料特性.
被測物體的運動
如果待測物體位於裝配線等移動載體上，則測量會受到裝配線速度的影響. 測量過程中，物體的移動導致太赫茲波穿透物體的不同區域. 這可能導致測量數據模糊或失真. 我們創新的固有振動補償最大限度地減少了這種影響.
溫度影響
太赫茲波被物質吸收和散射，吸收和散射特性取決於溫度. 如果待測物體的溫度不均勻，則會導致檢測到的反射訊號的強度和分佈發生變化. 為了獲得準確的測量結果，應考慮待測物體的溫度並在必要時進行校正.
空氣品質
空氣中的水分、顆粒、灰塵和污染物會吸收或散射太赫茲波，導致訊號流失和失真. 尤其是在工業區等空氣污染嚴重的環境中，這些影響可能會被放大. Helmut Fischer 的 Clean-Trace 技術可確保穩定且可重複的測量條件，並避免測量結果模糊.
膜層厚度
測量物體的總膜層厚度對於測量也具有決定性作用. 如果材料太厚，太赫茲波就無法完全穿透它. 結果，無法再偵測到反射訊號且測量不完整.
同時，測量幾微米的極薄層也具有挑戰性. 從非常薄的層反射的太赫茲訊號具有很小的時間間隔. 為了區分這些“迴聲”，測量系統需要高時間解析度. 這反過來又需要高頻寬，正如Nyquist-Shannon 取樣定理所要求的那樣. 然而，這個頻寬不可能無限高.
此外，回波可能會被背景雜訊覆蓋，從而影響測量精度. 因此，必須針對膜層厚度分析中存在單獨上限和下限的每種情況進行研究.
這裡應用哪個標準?
非導電塗層 – 塗層厚度的無損測量 – 符合 DIN 50996 的太赫茲時域測量方法
太赫茲系統 – 術語依照 VDI/VDE 5590 Sheet 1
太赫茲系統 – 時域光譜儀（TDS 系統），符合 VDI/VDE 5590 Sheet 2
