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太赫茲時域光譜技術

隨著電磁波頻譜的開發(fā)以及光學電子學領域的技術突破，處于微波與紅外之間的太赫茲波（0.1-10THz）被人們所發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)異的穿透性特點在工業(yè)檢測方面具有極佳的應用前景，適用的材料包括木材、紙張、陶瓷、塑料以及多種復合材料。并且無需接觸樣品表面，非接觸測量更易于工業(yè)自動化集成，而其不具有電離輻射的特點對操作的人員提供了安全保障。

特別的是，基于飛秒激光與光電導天線的光學方法產生的脈沖太赫茲波具有寬頻譜與指紋頻譜的特性，通過光電導采樣可以相干探測到太赫茲波，從而檢測出物質在太赫茲波段的時域光譜和頻域光譜，對物質實現(xiàn)結構分析和識別分揀的作用。更重要的，太赫茲光譜技術還可以根據光譜信息實現(xiàn)成像、參數表征與厚度測量的功能，因此在工業(yè)領域極具潛能。

然而，現(xiàn)有的太赫茲時域光譜儀多是針對實驗室環(huán)境的大體積設備，應用于工業(yè)領域需要設備能夠適配工業(yè)環(huán)境（比如高度自動化集成），且針對性解決工業(yè)問題。虹科針對汽車、風電，以及光伏半導體等材料行業(yè)提出了基于太赫茲時域光譜儀的工業(yè)完整解決方案。

02

太赫茲工業(yè)測厚方案及應用

基于太赫茲波的穿透性，通過分析每個界面的反射太赫茲信號即可對被測材料的厚度實現(xiàn)檢測。不同行業(yè)具有不同的涂層方案與測厚標準，適用的環(huán)境也是多種多樣。因此，虹科提出了針對汽車與風電行業(yè)涂層需求的不同解決方案。

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汽車車身涂層測厚——虹科Irys系統(tǒng)

針對于汽車行業(yè)多層涂層、測厚精度要求高、高度集成化以及塑料基底使用率顯著增加的現(xiàn)狀，虹科提供了專業(yè)的太赫茲測厚平臺IRYS系統(tǒng)。它是針對汽車車身涂層測厚的完整解決方案，其太赫茲探頭適用于任何穿透機械手臂，適用于自動化程度高的汽車產線。

同時，結合三角激光定位系統(tǒng)，能夠保持定位的法向誤差小于0.2°。最后，應用專利的測厚算法，可測層數高達5層，能夠實現(xiàn)最薄5um材料的測厚，以及最優(yōu)1um的測厚精度。

此外，虹科還提供 IPA 大數據分析可視化平臺，它具有高度交互性的用戶友好界面，它可以收集實時厚度數據和涂裝過程的關鍵參數：如車型、車身ID、顏色、生產線、定時生產等。并且允許為每個最終用戶，如制造工廠經理，涂裝線經理，質量控制負責人等不同用戶構建定制的圖形界面。太赫茲技術結合強大的分析工具，可以找出涂裝過程中的優(yōu)化區(qū)域，實現(xiàn)更好的汽車涂裝流程控制。

相較于其他傳統(tǒng)的測厚技術，基于太赫茲技術的Irys系統(tǒng)是唯一完整的工業(yè)解決方案，最大優(yōu)勢在于其適用基底范圍廣泛，包括金屬、塑料與復合材料基底。此外，非接觸的探測方式易于自動化，一次測量就可以得到每一層厚度的實時數據。最后，沒有電離輻射，安全性得到保證。

虹科Irys 系統(tǒng)自2020年起第一次落地于大眾西班牙納瓦拉的工廠，經過計算，Irys系統(tǒng)的使用有助于在涂裝過程中節(jié)省15%的成本，減少材料、能源和缺陷工件的支出，并相應減少對環(huán)境的影響。

得益于虹科 Irys 系統(tǒng)，汽車的涂裝工藝在噴漆過程中可以減少二氧化碳排放量50kWh/輛，這意味著每年可減少超過16 GWh/年的二氧化碳排放量。

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風電葉片涂層厚度與附著力檢測—虹科Notus系統(tǒng)

風電葉片是風電渦輪機最關鍵的部件，它的結構長期暴露在環(huán)境條件下，由此可能產生一些損傷，因此通常要對葉片采用涂層保護。一方面，每一層涂層的厚度與汽車行業(yè)要求一樣，需要達到規(guī)定的標準；另一方面在于涂層表面以下的一些附著性缺陷（比如氣泡、孔洞等）也是需要檢測的重點。

虹科提供的Notus系統(tǒng)具有足夠強功率的太赫茲波，適用于500um-4mm范圍的風電葉片涂層厚度，其分辨率為層厚的5%。另一個要點在于其具有附著力檢測的功能，基于缺陷位置回波信號的特異性，Notus系統(tǒng)采用了附著指數 (AdI) 算法來評估涂層的附著性。

ADI是一種分類器算法，通過采集的數據分析可將樣本的附著性結果分為兩個結果：附著性通過或失敗。該附著系數與傳統(tǒng)方式拉拔測試的數據一樣，但是并不需要破壞性檢測以及專業(yè)人員，根據直觀結果可以判斷被測涂層位置是否存在肉眼不可見的內部缺陷，比如涂層內部的孔洞、氣孔、氣泡等缺陷。

得益于 Notus 系統(tǒng)，西門子歌美颯可以在生產過程中和整個使用壽命期間獲得有關風車葉片涂層狀況的實時數據。Notus 的使用表明，風電場運營商每年可能節(jié)省10%的運維成本，每年為風能行業(yè)節(jié)省運維支出約150億，是一個巨大的節(jié)省成本的機會。

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太赫茲工業(yè)表征方案及應用

科研院所的材料研究以及工業(yè)領域的材料生產與質量控制流程中，都需要利用一些表征技術對所用材料的性質與質量做出判斷。傳統(tǒng)表征方法具有一定缺陷，比如四探針法得到被測樣品的電導率，但必須接觸樣品造成損傷，因此不適用于生產檢測。而對于納米尺寸的材料而言，常用的拉曼光譜、AFM和TEM方法可以通過非接觸、非破壞性的方式得到分辨率高達nm級別的圖像，然而這需要復雜的樣品制備步驟與較長的掃描時間，僅適用實驗環(huán)境使用。

虹科Onxy系統(tǒng)是市場上第一個旨在實現(xiàn)石墨烯、薄膜和其他2D材料的全區(qū)域無損表征的系統(tǒng)。通過反射式采集樣品的多種電參數，包括電導率、電阻率、電荷載流子遷移率、電荷載流子密度、載流子散射時間與均勻性。

虹科Onyx系統(tǒng)填補了宏觀和納米尺度表征工具之間的空白，同時具有快速表征（12cm2/min）和高分辨率（50um），并且探測面積可從0.5 mm2到更大面積(m2)，促進了材料研究領域的工業(yè)化。

目前，CIEMAT已經利用Onyx系統(tǒng)對各類石墨烯制作的光伏器件做電學參數的表征；CIC nanogune利用了Onxy系統(tǒng)對石墨烯材料與其他表征方法對比，驗證了太赫茲測量電學參數的準確性；IHP則利用Onxy系統(tǒng)為將先進材料的晶圓集成到微電子元件中提供了一種無損，非接觸式，快速且更可靠的質量控制過程，可以在生產過程的最早階段識別有缺陷的零件。

虹科Onxy系統(tǒng)采用了太赫茲技術，相較于其他檢測技術，更滿足工業(yè)應用的快速大面積的檢測要求。

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總結

虹科基于太赫茲時域光譜技術，提供針對性解決多行業(yè)問題的太赫茲工業(yè)解決方案：針對于汽車行業(yè)涂層測厚的太赫茲系統(tǒng)Irys，搭配大數據分析平臺，能夠實現(xiàn)汽車涂裝產線的質量控制；針對風電行業(yè)，提供風電葉片厚度與附著性無損檢測的Notus系統(tǒng)，并且具有適配各種應用環(huán)境（實驗室、工廠與現(xiàn)場）的不同設備版本；針對光伏與晶圓材料檢測領域，虹科Onxy系統(tǒng)能夠以無損、非接觸、高速與高分辨率的方式一次性表征材料的多種電參數，是產業(yè)化檢測的最佳選擇。