基于THZ-TDS反射稀疏层析的高分子及木质复合材料无损检测技术

本书概括了目前太赫兹时域光谱无损检测技术在高分子复合材料和木质复合材料两方面的应用现状及其应用局限性。本书从复合材料大尺度、快速、原位无损检测的实际需求出发，以聚甲基丙烯酰亚胺泡沫实验研究为例，将无掩模压缩感知拓扑优化与太赫兹时域光谱的有效稀疏表征相结合，通过定性、定量分析，明确了这种结合的方法在太赫兹时域光谱成像效率、三维重构质量上的优势，进而探索提升成像效率、重构质量的新途径；并结合木质复合材料太赫兹时域光谱无损检测的研究现状，对作者提出的改进的太赫兹时域光谱无损检测技术在木质复合材料的组分性质分析、夹层结构探伤以及辅助新材料开发方面的应用潜力进行了初探。

1. 流程企业设备故障分析和生产线健康度评估的网络能源优化系统，吉林省科技进步奖二等奖，2015年，排名第6。2. 小波域马尔可夫随机场在THz图像处理中的应用，吉林省自然科学成果二等奖，2015年，排名第1（本书依托项目）。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 THz-TDS无损检测技术在高分子复合材料、木质材料及木质复合材料中的应用 2
1.1.1 THz-TDS无损检测技术在高分子复合材料中的应用 4
1.1.2 THz-TDS无损检测技术在木质材料及木质复合材料中的应用 8
1.2 THz-TDS无损检测技术研究现状 11
1.2.1 THz-TDS快速成像方法研究现状 11
1.2.2 THz-TDS CS三维重构方法研究现状 15
1.2.3 THz-TDS成像质量提升方法研究现状 17
1.3 THz-CT成像相关理论及研究现状 18
1.3.1 THz-CT成像原理 18
1.3.2 飞行时间THz-CT成像原理 22
1.3.3 THz-TDS CT成像研究现状 24
1.3.4 本书所使用的THz-TDS反射CT成像平台 26
1.4 本书主要研究内容 28
第2章 无掩模CS拓扑理论研究 30
2.1 传统压缩感知理论 30
2.2 基于信号奇异性度量的无掩模CS 31
2.2.1 常见光谱特征提取方法分析 32
2.2.2 基于THz-TDS小波变换模极大值奇异性度量的稀疏表征 35
2.2.3 基于THz-TDS稀疏表征的分块式自适应无掩模CS拓扑分布优化 41
2.3 小结 43
第3章 基于无掩模CS的THz-TDS反射稀疏层析实验研究 44
3.1 PMI-GFRP夹层结构THz-TDS反射稀疏层析实验 44
3.1.1 样本制备 46
3.1.2 实验设置 50
3.1.3 传统扫描效率及成像质量分析 50
3.2 无掩模CS实验 56
3.2.1 PMI-GFRP夹层结构缺陷THz-TDS反射特征谱分析 56
3.2.2 基于信号奇异性检测的稀疏表征及其有效性验证 76
3.2.3 分块域扫描方案设计 82
3.2.4 特征区域扫描方案设计 84
3.2.5 基于FPGA的数据采集及存储 85
3.2.6 无掩模CS性能分析 89
3.3 PMI泡沫复合材料散射实验 90
3.4 小结 94
第4章 基于退化机理及多域关联的稀疏三维重构 95
4.1 基于米氏散射理论的散射模型改进及数值模拟 95
4.2 基于散射的点扩散函数模型改进 100
4.3 基于多域关联稀疏表征的THz-TDS反射层析三维重构 103
4.3.1 基于信号奇异性分析的THz-TDS信号去噪与目标函数解卷积 103
4.3.2 基于THz-TDS的多域关联稀疏表征及重构 103
4.3.3 基于THz-TDS反射的无掩模CS的三维重构算法设计 110
4.4 THz-TDS无损检测技术在木质复合材料中的应用 112
4.4.1 木质复合材料质量评价应用 113
4.4.2 木质夹层结构探伤应用 119
4.4.3 新型木质复合材料设计应用 122
4.5 小结 125
第5章 基于THz-TDS无损检测的多域关联缺陷定性、定量分析 126
5.1 基于多域关联稀疏表征的支持向量机缺陷类型定性分析 126
5.2 基于THz-TDS无损检测的定量分析 131
5.2.1 基于THz-TDS成像退化机理及多域关联稀疏表征的超分辨率重构 131
5.2.2 THz-TDS无损检测稀疏三维重构 134
5.2.3 基于重构结果的缺陷定量及误差分析 135
5.3 小结 140
第6章 总结 141
参考文献 144