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Radiography is a helpful method to identify the inherent structure of unexploded ordnances (UXOs). Portable Computed Radiography (CR) systems on the basis of phosphor imaging plates , have attracted attention for NDT-applications during the last few years. A portable IP system ACR 2000 has been tested for X-ray inspection of UXO's in the field. Digitised radiographs are presented to explain the needs and demands for a reliable characterisation of UXO's. Computed radiographs of UXOs are compared with film radiographs exposed in the same way, to evaluate the reliability and to identify advantages and disadvantages of the CR system for UXO inspection. Film based and CR systems provide sufficient information for identification of chemical warfare agents in UXO's, which is an essential problem for explosive ordnance disposal. The advantages and the potential of the portable CR system is discussed on the basis of experiences gathered during different field trails.
The standard for advanced technical ceramics ENV 843-4 of 1995 (Vickers, Knoop and Rockwell superficial hardness tests) was validated within the framework of the CERANORM EC-project. The paper reports on depth sensing hardness measurements done for comparison with the other hardness tests. The instrumented indentation test is a modern technique (recent issue ISO/DIS 14577) that has the potential to take into account the specific response of materials in a much better way. An evaluation has been made to establish whether the instrumented hardness technique is a appropriate method for advanced technical ceramics and offers potential for additional applications.
Imaging Capability of Terahertz and Millimeter-Wave Instrumentations for NDT of Polymer Materials
(2006)
Imaging capability of terahertz and milimeter-wave instrumentations for NDT of polymer materials
(2006)
In der Filmradiografie kann durch den Einsatz von Metallfolien und Metallfolienkombinationen der Bildkontrast verbessert werden. Die Mechanismen zur Erzeugung der latenten Röntgenbilder und deren Sichtbarmachung für das menschliche Auge sind in Speicherfolien nicht mit denen in einem Röntgenfilm identisch. Demzufolge lassen sich die in den Normen zur Filmradiografie veröffentlichten Empfehlungen zum Einsatz von Metallfolien und zur Auswahl der Röhrenspannung nicht unmittelbar auf die Computer-Radiografie zur Schweißnahtprüfung übertragen. Die Qualität digitaler Röntgenbilder wird von der Bildunschärfe und dem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) bestimmt. Während die Norm EN 14784-1 handhabbare Verfahren zur Bestimmung der inneren Unschärfe und des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR) beschreibt, sind die in EN 14784-2 vorgegebenen Vorgehensweisen zur Kontrastverbesserung durch die Vorgaben zur geeigneten Röhrenspannung und Metallfoliendicke für die Schweißnahtprüfung nicht ausreichend dargelegt. Um die Parameter zur Verbesserung der Bildqualität von CR-Systemen für den Fall der radiografischen Durchstrahlungsprüfung von Schweißnähten zu optimieren, wurden systematische Untersuchungen zum Einfluss eines Kupfer-Vorfilters, von Bleifolien-Speicherfolien-Kombinationen und der Röhrenspannung auf den Bildkontrast von Stahlstufenaufnahmen durchgeführt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden Empfehlungen zum Einsatz der Metallfilter und -folienkombinationen sowie zur Auswahl geeigneter Röhrengrenzspannungen für die Speicherfolientechnik zur Optimierung der Durchstrahlungsprüfung von Schweißnähten abgeleitet.
Die radiografische Bildqualität in ihrer klassischen Definition hängt von Kontrast, Rauschen und Unschärfe ab. Diese Parameter werden normalerweise mit Bildgüteprüfkörpern (BPK) bestimmt. Die Streustrahlung reduziert im Allgemeinen immer die Bildqualität in der Radiografie. Verschiedene Einflussgrößen werden unter Berücksichtigung von Techniken, wie Film-Radiografie, Computer-Radiografie mit Speicherfolien und digitale Radiographie mit Matrixdetektoren, analysiert. In Lehrbüchern und Standards werden das Streuverhältnis k und verschiedene Kontraste definiert. Für digitale Medien werden zusätzliche Parameter wie das Signal-Rausch-Verhältnis SNR und das Kontrast-Rausch-Verhältnis CNR eingeführt. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Streustrahlung aus dem Messobjekt und dem Detektor bestehend aus Kassette bzw. Gehäuse und sensitiver Detektorschicht auf die Bildqualität ermittelt. Die numerische Modellierung wird eingesetzt, um die Streustrahlung und die Primärstrahlung aus dem Objekt separat zu bestimmen. Die Streustrahlung aus dem Objekt und Detektor erzeugen eine Abbildung des Objektes, die dem Primärstrahlungsbild überlagert ist, wobei das Streubild eine höhere Unschärfe aufweist. Dieser Effekt hängt von der Fehlergröße, dem Abstand zwischen Detektor und Objekt und der Zwischenfilterung ab.
Kohlenstofffaser verstärkte Kohlenstoffe werden während ihres Ge-brauches an Luft zwischen 600°C und 1000°C korrodiert. Um zu überprüfen, ob die Röntgerefraktionsmethode als zerstörungsfreies Prüfverfahren die bei der Oxidation auftretenden morphologischen Änderungen im Probekörper signifikant nachweisen können, wurden bei 630°C oxidativ geschädigte gasphaseninfiltrierte C/C Kerami-ken untersucht. Anhand eines Kugelmodells werden die aus dem Experiment ableit-baren Größen der spezifischen Oberfläche und Porosität erläutert. Die experimen-tellen Ergebnisse konntne nachweisen, dass infiltrierten C/C Keramiken während einer oxidativen Belastung aufgrund des lokal unterschiedlichen Oxidationsverhal-tens eine ausgeprägte Kern Schale Struktur ausbilden.
Einfluss von Metall-Speicherfolien-Kombinationen auf die Bildqualität in der Computer-Radiographie
(2008)
Different girth welds of tube sections have been inspected by elliptical projection technique
according to the EN 1435. The radiographic images were taken by using both film
radiography and computed radiography. The purpose of this study was to compare a C3
(AGFA D4) film system and a Duerr HDCR 35 NDT / HR IP imaging plate system with
respect to the exposure time, image quality and the detection of fine weld imperfections. The
results indicate to a dominant influence of the lead screens on the image contrast sensitivity if
doing the inspection according to the EN 14748 -2 for imaging plate exposures. New screen
combinations had been applied to make a computed radiograph of a testing class B quality
possible.
Bei der Normgestaltung für Speicherfolien sind die Auswirkungen von Metallfolien und Metallfolienkombinationen auf die Bildqualität von Speicher-folienaufnahmen nicht ausreichend berücksichtigt worden. Es ist bekannt, dass bei Film - Metallfolien - Kombinationen zusätzlich zur Änderung der optischen Dichte und der Filmgranularität auch Änderungen der inneren Unschärfe durch den seitli-chen Energietransport in der Film Metallfolien - Kombination entstehen, welche überwiegend durch ausgelöste Elektronen und zum Teil durch sekundäre Strahlung hervorgerufen werden. Gleichzeitig dienen die Metallfolien bei Röntgenaufnahmen mit Film als Streustrahlfilter und können zur Verbesserung des Bildkontrastes bei-tragen. Die Mechanismen zur Erzeugung des virtuellen Röntgenbildes und dessen Visualisierung sind in Speicherfolien nicht mit denen in einem Röntgenfilm iden-tisch. Demzufolge können die in den Normen festgelegten Vorschriften zum Einsatz von Metallfolien in der Filmradiographie nicht auf Speicherfolien uneingeschränkt übertragen werden. Anhand der hier erzielten Ergebnisse lassen sich Empfehlungen zum zukünftigen Einsatz der Metallfilter und -folienkombinationen für die Speicher-folientechnik zur Verbesserung der Bildgüte ableiten.
We present a handheld fiber-coupled terahertz spectrometer operating at a center wavelength of 1550 nm. The key elements are a fs-fiber laser, a fiber stretcher delay line and fiber-coupled antennas, which contain novel InAlAs-InGaAs multi layer chips. First experimental data obtained with this system demonstrates its great potential and robustness. In addition, we investigate different hazardous and harmless liquids in reflection geometry. These experiments show that liquids are in principle distinguishable by terahertz spectroscopy. Finally, first steps towards an algorithm that allows for an extraction of the liquids dielectric properties are discussed. The algorithm works for the analysis of reflection data even if the liquid is located inside a container.
Elektromagnetische Wellen von 0.3 bis 6 Terahertz (THz) werden als
THz-Strahlung bezeichnet. Im elektromagnetischen Spektrum sind sie zwischen
Mikro-/Millimeterwellen und Infrarot angesiedelt. Der nicht ionisierende Charakter
und die Möglichkeit, Verpackungsmaterialen sowie Kleidung zu durchstrahlen, machen
die THz-Strahlung für bildgebende- und spektroskopische Anwendungen sehr
interessant. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Zeitaufgelösten Terahertz-
Spektroskopie (THz-TDS) im Sicherheitssektor. Feste Spreng- und Gefahrenstoffe
sind vielfach bezüglich ihrer Transmissions- und Reflexionseigenschaften untersucht
worden, um sie anhand ihrer Fingerprints zu identifizieren. Moderne mit Glasfaser
ausgerüstete THz-TD-Spektrometer zeichnen sich im Vergleich zu konventionellen
Freistrahlgeräten durch höhere Flexibilität aus. In Zukunft werden diese auch als
Handheld-Geräte entwickelt, um eine Nutzung außerhalb des Laboratoriums zu
ermöglichen. Das glasfasergekoppelte Picometrix T-ray 2000 System der BAM
wurde in ein Zwei-Kreis Goniometer integriert. Probe und Detektor können unabhängig
voneinander bewegt werden. Eine schnelle Überführung der Transmissionsin
die Reflexionsanordnung und umgekehrt, ist möglich. Seit der Verwendung flüssiger
Brand- und Gefahrstoffe bei terroristischen Anschlägen ist das Interesse an der
Identifizierung im Sicherheitsbereich zunehmend gewachsen. Um zu überprüfen, ob
die THz-TDS für die spektrale Charakterisierung von Flüssigkeiten eingesetzt werden
kann, wurden Transmissions- und Reflexionseigenschaften repräsentativer Flüssigkeiten
und Flüssigkeitsgemische bestimmt. Polare Flüssigkeiten sind starke Absorber
im THz-Bereich. Ab einer Flüssigkeitsschichtdicke von ca. 1mm ist mit dem
THz-Spektrometer T-ray 2000 kein Signal stark polarer Flüssigkeiten mehr
detektierbar. Der Einsatz einer Messzelle mit variabler Schichtdicke (50 - 1000 .m)
war für die Bestimmung der Transmissionseigenschaften polarer Flüssigkeiten notwendig.
Anhand von Transmissions- und Reflexionsuntersuchungen an polaren sowie
unpolaren Flüssigkeiten werden die Möglichkeiten der THz-TDS zur berührungslosen
Identifizierung von Flüssigkeiten aufgezeigt.
Mit dem Einsatz von Terahertz-Wellen eröffnen sich gegenüber Röntgenstrahlung neuartige Möglichkeiten der Radiologie. Von der dielektrischen Materialcharakterisierung nicht metallischer Werkstoffe bis zur Detektion des Innenlebens von unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtungen (USBV) wird ein großes Anwendungsspektrum für die bildgebende zerstörungsfreie Prüfung abgedeckt. Die physiologische Unbedenklichkeit der Strahlung favorisiert sie auch für Personenkontrollen an Flughäfen. Das Prinzip eines modernen zeitauflösenden Terahertz-Spektrometers mit einer Ortsauflösung bis 0,3mm und einem Frequenzbereich von 0,1 bis 2,2THz wird erläutert sowie die Wechselwirkung mit Materie. Die Besonderheiten von THz-Topogrammen werden am Beispiel einer Briefbombenattrappe mit Röntgen-Radiogrammen verglichen.
THz stand-off detection of explosives and other hazardous liquids in public areas becomes more and more relevant and with it the knowledge of their optical properties. We present here both the results of THz transmission spectroscopy measurements and spectroscopic ellipsometry measurements on liquids and their mixtures.
Time of Flight Diffraction-Technik (ToFD) mit THz-Strahlung zur Untersuchung von Kunststoffobjekten
(2010)
Für die Berücksichtigung mechanischer Belastungen unterhalb der Streckgrenze ist im Rahmen einer zuverlässigen Bauteilauslegung die Kenntnis der elastischen Konstanten von besonderer Bedeutung. Für die experimentelle Bestimmung des Elastizitätsmoduls wurde eine Vielzahl von Verfahren entwickelt, die zum Teil werkstoffspezifisch Eingang in die Normung gefunden haben. Prinzipiell können diese Verfahren in zwei Gruppen unterteilt werden; die statischen und die dynamischen Prüfverfahren. Die statischen Verfahren beruhen auf der direkten Messung des Spannungs-Dehnungs-Zusammenhangs während einer mechanischen Belastung im elastischen Verformungsbereich (Zug, Biegung, Druck). Die dynamischen Verfahren basieren auf der Schwingungsanregung eines Prüfkörpers und der Analyse der resultierenden Schwingungen (Resonanzmethode oder Impulsanregungsmethode) oder auf der Messung der Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeit. Stellvertretend für die dynamischen Verfahren wird im ersten Teil dieses Beitrages die Resonanzmethode vorgestellt. Der zweite Teil dieses Beitrages fasst die werkstoffabhängigen Ergebnisse der E-Modulbestimmung mit statischen Verfahren im Zug- und Biegeversuch zusammen.
Time of Flight Diffraction-Technik (ToFD) mit THz-Strahlung zur Untersuchung von Kunststoffobjekten
(2010)
Als Terahertz-Strahlung bezeichnet man eine elektromagnetische Strahlung im
Frequenzbereich zwischen 0.3 und 6 THz. Sie ist zwischen der Mikrowellen- und der Infrarotstrahlung
eingeordnet und steht erst seit einigen wenigen Jahren infolge der Entwicklung von effizienten
THz-Systemen für Untersuchungen im Labormaßstab zur Verfügung. Weit verbreitet ist
heutzutage die THz-Spektroskopie (Time-Domain Spectroscopy, TDS) und THz Bildgebung
(THz-Imaging). Die THz-Strahlung hat wesentliche Vorteile für die Materialuntersuchung und -
charakterisierung. Sie ist nicht ionisierend und verfügt über eine vergleichsweise große Eindringtiefe
bei vielen nichtleitenden optisch opaquen Materialien. Verpackungsmaterialen wie z.B. Papier,
Kunststoffe, Keramiken und am menschlichen Körper getragene Kleidungsstücke erscheinen
im Wellenlängenbereich der THz Strahlung transparent. Unterschiedliche Materialien, wie z.B.
Sprengstoffe oder Drogen zeigen im THz-Spektrum infolge kollektiver molekularer Anregungsmechanismen
im Material charakteristische Absorptionsbereiche, die als 'Fingerprints' in der
Pharmazie oder bei der Kriminalitätsbekämpfung zu deren Identifizierung verwendet werden.
Beim THz-Imaging wird die Probe z.B. mit Hilfe eines fokussierten THz-Strahls berührungslos
abgetastet, um Reflexions- oder Transmissionseigenschaften (Amplitude, Zeitverzögerung, spektrale
Information) ortsaufgelöst zweidimensional zu detektieren. Sowohl das THz-Imaging als
auch die THz-Spektroskopie weisen ein hohes Anwendungspotential für die berührungslose zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung von Kunststoffen, Glasfaser-Verbundstoffen oder Keramiken auf.
Die ortsaufgelöste Messung der Feuchte in einem Bauteil, der Nachweis von Defekten oder von
Einschlüssen im Probeninneren oder die Delaminationsvorgänge in Verbundwerkstoffen sind
beispielgebend genannte Anwendungsmöglichkeiten. Die Auflösung lag dabei, bedingt durch die
Wellenlänge der THz-Strahlung, im Millimeter-Bereich und ist somit vergleichbar mit der typischen
Wellenlänge bei Ultraschalluntersuchungen. Die BAM verfügt über ein glasfasergekoppeltes
Picometrix T-Ray 2000 System, mit dem durch die Integration eines Mehrkreisgoniometers
der THz-Sender, THz-Detektor und der Probenkörper beliebig und unabhängig voneinander positioniert
werden können.
Bei getrennter V-förmige Reflexanordnung der Sende- und Empfangsantenne (z. B. 45º) in Bezug
zur Oberflächennormale des Prüfgegenstandes können z.B. Risse, Bohrungen oder Kerben, die
sich im Inneren des beleuchteten Probenvolumens befinden, nachgewiesen werden, weil die
eingelagerten Inhomogenitäten sowohl eine zusätzlich Reflexion als auch eine Beugung des THz
Pulses verursachen. Charakteristisches Merkmal von TOFD (Beugungslaufzeitmethode) ist die
Nutzung der von den Fehlerrändern verursachten (schwachen) Beugungssignale zur Bildgebung.
Damit bietet TOFD in Analogie zum gleichnamigen Ultraschallprüfverfahren generell nicht nur
die Möglichkeit zum Fehlernachweis, sondern vor allem auch die der Fehlergrößenbestimmung
und Fehlerlage. Der Beitrag zeigt, wie mit Hilfe der Time of Flight - Diffractions - Technik künstlich
in Kunststoffkörper eingebrachte Fehlstellen berührungslos nachgewiesen und deren laterale
Ausdehnungen bestimmt werden können.
Speicherfoliensysteme werden seit den 80-iger Jahren in der Röntgendiagnostik
eingesetzt. Die technische Modifizierung der anfänglich im medizinischen Bereich
genutzten Speicherfoliensysteme ermöglichte die Einführung der Computer-Radiographie
(CR) in die Digitale Industrielle Röntgenprüfung mit dem Ziel des Filmersatzes. Die Speicherfolien
detektieren im Vergleich zum Röntgenfilm einen wesentlich größeren
Dosisbereich. Die daraus resultierende Dynamik befähigt die Speicherfoliensysteme zur
Abbildung eines großen Objektumfanges und verringert zugleich das Risiko einer Fehlbelichtung.
Vor allem die Möglichkeit, unmittelbar nach dem Belichten das virtuell im Speicherleuchtstoff
gespeicherte Durchstrahlungsbild auszulesen, in digitalisierter Form im PC
zu speichern und auf dem Bildschirm betrachten zu können, verdeutlicht die Vorteile von
CR Systemen beim Gebrauch in der Durchstrahlungsprüfung. Eine vollständige Ablösung
des Röntgenfilmes durch digitale Techniken ist jedoch erst dann zu erwarten, wenn es gelingt,
eine Bildqualität zu erreichen, die besser oder gleichwertig zu der vom jeweiligen
Röntgenfilmsystem geforderten ist. Mit diesem Ziel hat in den letzten Jahren eine technische
Weiterentwicklung von CR Systemen für den industriellen Einsatz stattgefunden. Im
gleichen Zeitraum wurden mehrere Standards zur Bewertung von CR Systemen und zu
deren richtigen Gebrauch in der Durchstrahlungsprüfung entwickelt.
Heutzutage ist die Herstellung von Durchstrahlungsbildern mit einer entsprechend gewünschten
Bildgüte sichergestellt, was in den letzten Jahren zum verstärkten Einsatz von
CR Systemen in der Durchstrahlungsprüfung führte.
Im Rahmen einer von der EU finanzierten Studie (Filmfree) wurden anfänglich systematische
Untersuchungen zu den Einsatzmöglichkeiten und grenzen von CR Systemen für die
Durchstrahlungsprüfung von aluminothermischen Schweißnähten in Schienen durchgeführt.
Anhand der Ergebnisse ließen sich optimale Bedingungen und Strategien für die Durchstrahlungsprüfung
von Schienen ableiten, die anschließend im vor Ort Einsatz auf der
Teststrecke der Deutschen Bahn verifiziert wurden.
Im vorgestellten Beitrag werden die Vorteile des Einsatzes von CR Systemen bei der
Durchstrahlungsprüfung von aluminothermischen Schweißnahtverbindungen dargestellt
und deren Verwendung unter realen Verkehrsbedingungen im Schienenverkehr beschrieben.
Es wird gezeigt, wie unter den bestehenden Fahrbetriebsbedingungen die Durchstrahlungsprüfung
von Schweißungen in verlegten Schienen umgesetzt werden kann.
Computed Radiography exposure experiments on welded plate sections
were performed to demonstrate that the requirements for pressure vessels weld
inspection according to EN1435 or EN14784-2 class B can be achieved. The
representative comparative studies of the image qualities were performed with
standardized image quality indicators and image evaluation procedures on both film
and digital radiographs. Recommendations for weld inspections with CR systems
are drawn from the results. It is demonstrated that present CR systems can be used
for weld inspection and produce images with testing class B if the selected X-ray
tube voltage is reduced compared with the max. voltage of EN 14784-2 and set
equivalent to maximum X-ray voltage values for steel as defined in the radioscopic
standard EN 13068-3. The work was part of the European 'Filmfree' Project
promoted during the 6th framework.
A time domain spectrometer in the range of 0.5–2 THz was used for time of flight (ToF) measurements of THz pulses for imperfection detection in non metallic materials. The measurements were performed in comparison to the established ultra sound pulse echo (PE) and time of flight diffraction (ToFD) technique. No coupling agent and no contact to the surface is required for THz ToFD measurements. Plastic test specimen with notches, voids and drilled side holes were used to study reflected and diffracted response signals. No major differences were observed between the UT and THz ToFD records for the first surface of the notches, voids and holes. Additionally to the UT records also signals were obtained from its back side and a second raw of holes. The THz measurement is fast and has the potential to substitute UT applications in some industrial areas. Within the German project 'Handheld' the potential for miniaturization of the time domain equipment is explored for efficient application.
THz and Mid IR Fourier transform spectroscopy on polyethylene irradiated with Gamma- Co60 radiation
(2014)
THz and mid IR spectroscopy of high molecular PE (HMW) and ultra high molecular PE (UHMW) reveals modifications of the molecular structure induced by γ-Co60 radiation. UHMW-PE and HMW-PE can be distinguished. The integral absorption in the B1u THz-region can quantitatively describe the amorphization of crystallinity. The formation of trans vinylene unsaturations and the decay of vinyl can be followed by mid IR spectroscopy
Interference fringes in the far-infrared spectra of thin films are the result of the coherent adding up of waves and can influence the spectral interpretation by concealing smaller features. A number of methods have been developed in order to eliminate such oscillating features from the transmittance spectrum. The paper critically evaluates the total transmission-reflection technique and applies the method to quantify the spectra of different polymer films.
Fourier-Spektroskopische Untersuchungen von hochmolekularem Polyethylen (HMW-PE) und ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMW-PE) im Mittleren - und Fernen Infrarotbereich können Veränderungen der molekularen Strukturen nachweisen, die durch Co60 γ-Strahlung und Rekristallisationsprozesse initiiert werden. UHMW-PE und HMW-PE sind im gewählten IR-Bereich unterscheidbar. Die integrale Absorption der B1u – Gitterschwingungen im Fernen Infrarotbereich (THz-Bereich) ermöglichen die quantitative Beschreibung des Kristallinitätsgrades und dessen Abbau. Die Bildung ungesättigter Vinylengruppen und der Abbau ungesättigter Methylengruppen können im Mittleren Infrarotbereich nachgewiesen werden.
The far infrared refractive indices and the extinction coefficients of liquids can be obtained by means of spectroscopic ellipsometry in attenuated total reflection configuration. Such optical constants will contribute to a spectroscopic data base in the far infrared and terahertz spectral regions. The experimental implementation and the calibration procedure of the method are described in detail. The temperature dependency of the optical constants for water over a broad spectral range is exemplarily presented.
Discoloration Effects of High-Dose gamma-Irradiation and Long-Term Thermal Aging of (U) HMW-PE
(2017)
Two polyethylene types with ultra-high (UHMWPE) and high molecular weight (HMW-PE) used as neutron radiation shielding materials in casks for radioactive waste were irradiated with doses up to 600 kGy using a 60Co gammasource. Subsequently, thermal aging at 125∘C was applied for up to one year. Degradation effects in the materials were characterized using colorimetry, UV-Visspectroscopy, IR spectroscopy, and DSC. Both materials exhibited a yellowing upon irradiation.The discoloration of UHMW-PE disappeared again after thermal aging.Therefore, the yellowing is assumed to originate fromannealable color centers in the formof free radicals that are trapped in the crystalline regions of the polymer and recombine at elevated temperatures. For the antioxidantcontaining HMWPE, yellowing was observed after both irradiation and thermal aging. The color change was correlated mainly to decomposition products of the antioxidant in addition to trapped radicals as in UHMW-PE. Additionally, black spots appeared after thermal aging of HMW-PE.
THz time domain spectroscopy (TDS) operates with short electromagnetic pulses. The sensitivity of the pulses to optical material property changes makes THz-TDS attractive for the detection of flaws in dielectric materials. Unfortunately, the X-ray computed tomography (CT) model holds only for THz-TDS reconstruction if minor refraction index differences between the inhomogeneities and the surrounding material matrix exist. A Time Domain SAFT algorithm has been developed to overcome the restrictions. THz time domain measurement on representative sample sets with inherent artefacts were performed to use them for the image reconstructions. The results will be presented and compared with optical surface images of the used test objects to evaluate the SAFT algorithm in relation to the reconstruction quality.
Today X-ray tomography and Ultrasound Synthetic Aperture Focusing Techniques are representative examples for defect imaging in the field of nondestructive testing. THz time domain spectroscopy (TDS) operates with short electromagnetic pulses. The sensitivity of the pulses to optical material property changes makes THz-TDS attractive for the detection of flaws in dielectric materials. Unfortunately, the X-ray computed tomography (CT) model holds only for THz-TDS reconstruction if minor refraction index differences between the inhomogeneities and the surrounding material matrix exist. A Time Domain SAFT algorithm has been developed to overcome the restrictions. THz time domain measurement on representative sample sets with inherent artefacts were performed to use them for the Image reconstructions. The results will be presented and compared with optical surface images of the used test objects to evaluate the SAFT algorithm in relation to the econstruction quality.
X-ray computed tomography (CT) model holds only for THz-TDS reconstruction if minor refraction index differences between the inhomogeneities and the surrounding material matrix exist. A Time Domain SAFT algorithm has been developed to overcome the restrictions. THz time domain measurement on representative sample sets with inherent artefacts were performed to use them for the Image reconstructions. The results will be presented and compared with optical surface images of the used test objects to evaluate the SAFT algorithm in relation to the reconstruction quality.
THz and mid IR spectroscopy of high-molecular PE (HMW) and ultra high-molecular PE (UHMW) reveals modifications of the molecular structure. Characteristic absorption bands are changed if the two materials are exposed by γ-Co60 radiation up to 600 kGy and subsequently stored at an annealing temperature of 398 K until for 729 days.
THz and mid IR spectroscopy of high-molecular PE (HMW) and ultra high-molecular PE (UHMW) are appropriated to characterize theire molecular structure.
Characteristic absorption bands are changed if the two materials are exposed by gamma-Co60 radiation up to 600 kGy and subsequently stored at an annealing temperature of 398 K until for 729 days. The spectroscopic data oarfe used to describe the existing ageing process in more detail.
THz-TDS Systeme können zeitaufgelöst die Amplitude der elektrischen Feldstärke E(t) detektieren. Der Vorteil des verwendeten Messprinzips besteht in dem gleichzeitigen Nachweis von Amplitude und Phase des zwischen der Antenne und dem Detektor sich ausbreitenden elektrischen Feldes eines Impulses. Befindet sich im Strahlengang dielektrisches Material, dann ändern sich die Laufzeit (Time of Flight) und Amplitude des Impulses im Vergleich zum freien Strahlengang.
Planare Fehlstellen, wie Risse oder delaminierte Schichten in Kompositen sowie mehrschichtig aufgebaute Dielektrika können als optische Mehrschichtsysteme aufgefasst werden, mit denen sich die beobachteten Transmissions- und Reflektionseigenschaften im THz-Bereich erklären lassen.
Bei Entwicklung eines optischen Schichtenmodells für das jeweilig ausgewählte Schichtensystem lassen sich zeitliche Impulsverläufe in Abhängigkeit von der Schichtenfolge- und deren –dicke berechnen.
Durch den Fit der experimentell gewonnener Daten mit den aus dem Schichtenmodell berechneten Impulssequenzen lassen sich unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate Schichtdicken oder die Brechungsindizes der einzelnen Schichten im jeweiligen Testobjekt bestimmen. Anhand eines repräsentativen Beispiels wird die Entwicklung des Schichtenmodells erklärt und die erreichten Genauigkeiten zur Bestimmung der Schichtdicken und Brechungsindizes anhand selbst entwickelter Testkörper diskutiert.
Die nicht ionisierende elektromagnetische Strahlung im Bereich von Terahertz-Frequenzen ermöglicht berührungslose und zerstörungsfreie Mess- und Prüftechnik in zahlreichen Bereichen. Nach ersten Anwendungen in der Astronomie und der Atmosphärenforschung wurden in letzter Zeit Anwendungsfelder in der Sicherheitstechnik, der Medizintechnik, der Nachrichtentechnik und der zerstörungsfreien Prozess- und Qualitätskontrolle erschlossen. Dielektrische Materialien wie Kunststoffe und Keramiken können von Terahertz-Wellen durchdrungen werden. Das ermöglicht Untersuchungen des Objektinneren ohne spezielle Schutzmaßnahmen, wie sie z.B. beim Röntgen notwendig sind. Die Richtlinie erleichtert die Verständigung zwischen Nutzern, Herstellern und dem Vertrieb von Terahertz-Systemen. In der Richtlinie werden bekannte Einsatzgebiete sowie die eingesetzten Verfahren und Funktionsprinzipien aufgeführt, um den Leser bei der Auswahlentscheidung zu unterstützen. Nach einer kurzen Einführung in die physikalischen Grundlagen und Hinweisen zur elektromagnetischen Verträglichkeit, zum Strahlenschutz und zur regulierten Frequenzvergabe werden die verschiedenen Geräteklassen von Terahertz-Systemen ausführlich vorgestellt. Die Richtlinie gibt Hinweise zur messtechnischen Charakterisierung von Terahertz-Wellen. Einsatzgebiete von Terahertz-Systemen, wie die zerstörungsfreie Prüfung, die Dicken- und Abstandsmessung, die Tomografie und die chemische Analytik, werden mit ihren spezifischen Eigenschaften im Detail beschrieben. Umfangreiche Literaturverweise vereinfachen eine vertiefte Beschäftigung mit den Themen der Richtlinie. Eine tabellarische Übersicht mit einer Zusammenfassung, welche Terahertz-Systeme für welche Anwendungsfelder eingesetzt werden können, vervollständigt die Richtlinie.
Die zeitaufgelöste THz-Spektroskopie (THz-TDS) operiert mit elektromagnetischen Impulsen, die ein Amplitudenspektrum im unteren THz-Bereich aufweisen. Die THz-TDS ist in der Lage, dielektrische Volumina zerstörungs- und kontaktfreie zu durchstrahlen. Um eine 3D-THz Bildung zu ermöglichen, wurde für die THz-TDS ein rechnergestütztes Mess- und Rekonstruktionsverfahren (THz-TD-SAFT) entwickelt, mit dem es gelingt, unter Verwendung der im Zeitbereich registrierten THz-TDS-Daten das Volumeninnere in Form eines dreidimensionalen Tomogramms zu rekonstruieren. Die THz-TD-SAFT basiert auf die für die Ultraschalltechnik entwickelte Synthetische Apertur Fokussierung (SAFT) bzw. des heuristisch begründeten Algorithmus des Synthetischen Apertur Radars (SAR). Anhand von Beispielen wird die Möglichkeiten der THz-TD-SAFT demonstriert und nachgewiesen, dass mit dem Rekonstruktionsansatz die künstlich eingebauten Fehlstellen bezüglich der Position und Größe geometrisch richtig im Tomogramm abgebildet werden können.
THz – ToF optical layer analysis (OLA) to determine optical properties of dielectric materials
(2017)
Electromagnetic waves with frequencies between 0.1 and 10 THz are described as THz-radiation (T-ray). The ability to penetrate dielectric materials makes T-rays attractive to reveal discontinuities in polymer and ceramic materials.
THz-Time Domain Spectroscopy Systems (THz-TDS) are available on the market today which operates with THz-pulses transmitted and received by optically pumped semiconductor antennas. In THz-TDS the travelling time (ToF) and shape of the pulse is changed if it interacts with the dielectric material and its inherent discontinuities. A tomogram of the object under the test can be reconstructed from time of flight diffraction (ToFD) scans if a synthetic focusing aperture (SAFT) algorithm is applied. The knowledge of the base materials shape and optical properties is essential for a proper reconstruction result. To obtain these properties a model is assumed which describes the device under the test as multilayer structure composed of thin layers with different dielectric characteristics. The Optical Layer Analysis (OLA) is able to fulfill these requirements. A short description why the optical properties are crucial for meaningful SAFT reconstruction results will be given first. Afterwards the OLA will be derived and applied on representative samples to discuss and evaluate ist benefits and limits.
Obwohl THz-TDS-Systeme vielfältige Qualitätsparameter von Dielektrika ermitteln können, ist deren industrielle Nutzung im Bereich der zerstörungsfreien Bauteilprüfung noch nicht anerkannter Stand der Technik. Ein pragmatischer Weg, TDS-Systeme neben traditionellen Prüfverfahren zu etablieren, sind systematische Untersuchungen an Modellbauteilen, mit dem Ziel einer Methodenentwicklung zur zuverlässigen berührungslosen Prüfung von Dielektrika. Anhand von THz-TDS-Messungen an Polyethylen-Testkörpern mit künstlich eingebauten Fehlstellen werden anfänglich die Möglichkeiten der Laufzeitmessung zur Ermittlung von Tiefenlagen von Ungänzen in Testkörpern präsentiert. Im weitern Teil wird gezeigt, wie durch eine veränderte Versuchsdurchführung und Verwendung eines modifizierten SAFT-Rekonstruktions-Algorithmus Tomogramme berechnet werden können, in denen die künstlich eingebrachten Fehlstellen hinsichtlich ihrer Größe und Lage geometrisch richtig dargestellt werden.
Optical constants of harmful and highly energetic liquids for application to THz screening systems
(2016)
The far-infrared (IR) optical constants of a set of hazardous and flammable liquids have been obtained by means of spectroscopic ellipsometry in attenuated total reflection configuration over a broad spectral range. Such liquids recently became of considerable concern for transportation security measures worldwide. Their optical identification at check-in gates can only become possible if the characteristic spectra are already known. The refractive indices and the extinction coefficients reported here contribute to a spectroscopic data base in the far-IR and terahertz (THz) spectral regions and may support modeling the performance of THz screening systems on liquids for airports and other security sensitive areas. Examples of several container material/liquid systems are discussed. From the measured optical constants typical THz waveforms are calculated and discussed.
Computed THz - tomography
(2012)
Available THz Time Domain Spectroscopy (THz-TDS) systems can be applied in a pulse echo mode for
tomographic application. In contrast to common transmission methods, a TDS reflection geometry was used to
inspect cylindrical polyethylene samples with internal voids of known shape. The geometry of the voids was
simulated and its shape was reconstructed. B-scan pulse echo images were acquired in the time domain, similar
to UT pulse echo techniques on basis of the numeric model. The results were used to verify the simulation model
and the reconstruction algorithm, based on a modified Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT). The
model was used to conclude recommendations on an optimized measurement setup in the reflection mode. Based
on that, the quality of the reconstructed tomograms was improved.
Röntgen an Schienen
(2012)
A time domain spectrometer T-ray 2000® operating in the range of 0.2-2 THz was used for Time of Flight measurements. A series of ethanol water mixtures from 10% to 90% were produced subsequently filled in polystyrene cells and analyzed in the T-ray 2000 TDS system in the reflection mode. The reflectivity of the material liquid interface is strongly influenced by the ethanol concentration in water. The reciprocal reflection coefficient of the material liquid interface was found to be a useful discriminating feature for further Probably of Detection calculations which can be used for the performance evaluation of potential THz bottle scanners. THz pulse echo (PE) measurements were performed in comparison to the established ultra sound PE technique for flaw detection of plastics. Synthetic aperture reconstructions were applied for simulated data to reconstruct the flaw shape. The results were compared with B-scan images of a high density polyethylene (HDPE) test cylinder. Existing restrictions on the quality of the back projected images and limits of the existing model are discussed in detail.
Flüssige Gefahr- und Brennstoffe sowie explosive Flüssigkeiten werden mittels zeitaufgelöster Terahertz-Spektroskopie (THZ-TDS) in Analogie zu den in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung verwendeten Strategien untersucht. Verschiedene polare Flüssigkeiten (Alkohole, Aceton, Wasserstoffperoxid, Nitromethan), unpolare Flugzeug- und Kraftfahrzeugkraftstoffe sowie organische Lösungsmittel werden in der praxisrelevanten Reflexionsgeometrie berührungs- und zerstörungsfrei im Zeitbereich charakterisiert. Die Absorptions- und Brechungsindizes einer repräsentativen Auswahl von Flüssigkeiten wurden im Frequenzbereich zwischen 0.1 THz und 1.1 THz unter Verwendung der Transmissionsanordnung spektral ermittelt. Die Messkonfiguration wird für stark und schwach absorbierende Flüssigkeiten jeweils angepasst.
Developments for technologies were initiated by the European Commission to improve future response capabilities
and strategies to prevent terrorist attacks, to reduce the vulnerability to terrorism and to minimize the extent of damage from
terrorist attacks. CBRN civil protection faces a growing significance in this concept and modern detectors and detection
systems play the key role for a future reliable functioning that counters terrorism in Europe. The European Union is
supporting the project CREATIF which is dedicated to provide a communication platform for technology users and decision
makers, providers, and testers. First ideas were designed, strategies developed, preconditions and rules were named for a
future internationally recognized certification system. A concept for a future European Certification System for CBRNE
Sensor Systems and Devices and Processes has been developed, which is described in more detail.
THz applications for NDT
(2017)
Electromagnetic waves in the frequency range between 0.1 and 10 THz are described as THz-radiation (T-ray). The ability to penetrate dielectric materials, to operate contactless and to be non-ionizing as well as be-ing insensitive to ambient temperatures makes THz technologies for NDT applications attractive especially where other techniques are not available or less suitable. Today T-rays are applied in non-destructive testing for quality control and condition monitoring issues. The operation is based on the combination of both transmission and/or reflection measurements and specially developed reconstruction procedures. Firstly, THz-TDS measurements will be presented to demonstrate the opportunities for spectroscopy and imaging of polymer materials. A SAFT algorithm and an Optical Layer-Model will be presented and discussed in more detail to demonstrate the opportunities of image reconstruction for visualization of the inner structures of op-tically and far infra-red opaque polymer composites.
Electromagnetic waves with frequencies between 0.1 and 10 THz are described as THz-radiation (T-ray). The ability to penetrate dielectric materials makes T-rays attractive to reveal discontinuities in polymer and ceramic materials. THz-Time Domain Spectroscopy Systems (THz-TDS) are available on the market today which operates with THz-pulses transmitted and received by optically pumped semiconductor antennas. In THz-TDS the travelling time (ToF) and shape of the pulse is changed if it interacts with the dielectric material and its inherent discontinuities.
A tomogram of the object under the test can be reconstructed from time of flight diffraction (ToFD) scans if a synthetic focusing aperture (SAFT) algorithm is applied. Otherwise, planar discontinuities like cracks in plastics or delaminated layers in composites can be abstracted as layers located at any angle in relation to the outer sample surface direction. A tomogram from the scanned sample can then be reconstructed in case the interactions of electromagnetic pulses with the existing inherent interfaces are detectable and a model is assumed which describes the device under the test as multilayer structure composed of thin layers with different dielectric properties.
A short description of both the SAFT – and Optical Layer algorithm for the reconstruction of the inherent structure is initially given. Measurements on representative samples with a variety of artificially produced small and large scale. Reconstructed tomograms are presented to discuss and evaluate the benefits and limits of the two different reconstruction approaches.
Die zeitaufgelöste THz-Spektroskopie (THz-TDS) operiert mit elektromagnetischen Impulsen, die ein Amplitudenspektrum im unteren THz-Bereich aufweisen. Die THz-TDS ist in der Lage, dielektrische Volumina zerstörungs- und kontaktfreie zu durchstrahlen. Um eine 3D-THz Bildung zu ermöglichen, wurde für die THz-TDS ein rechnergestütztes Mess- und Rekonstruktionsverfahren (THz-TDSAFT) entwickelt, mit dem es gelingt, unter Verwendung der im Zeitbereich registrierten THz-TDS-Daten das Volumeninnere in Form eines dreidimensionalen Tomogramms zu rekonstruieren. Die THz-TD-SAFT basiert auf die für die Ultraschalltechnik entwickelte Synthetische Apertur Fokussierung (SAFT) bzw. des heuristisch begründeten Algorithmus des Synthetischen Apertur Radars (SAR). Anhand von Beispielen wird die Möglichkeiten der THz-TD-SAFT demonstriert und nachgewiesen, dass mit dem Rekonstruktionsansatz die künstlich eingebauten Fehlstellen bezüglich der Position und Größe geometrisch richtig im Tomogramm abgebildet werden können.
ür die Berücksichtigung mechanischer Belastungen unterhalb der Streckgrenze ist im Rahmen einer zuverlässigen Bauteilauslegung die Kenntnis der elastischen Konstanten von besonderer Bedeutung. Für die experimentelle Bestimmung des Elastizitätsmoduls wurde eine Vielzahl von Verfahren entwickelt, die zum Teil werkstoffspezifisch Eingang in die Normung gefunden haben.
Prinzipiell können diese Verfahren in zwei Gruppen unterteilt werden: die statischen und die dynamischen Prüfverfahren. Die statischen Verfahren beruhen auf der direkten Messung des Spannungs-Dehnungs-Zusammenhangs während einer mechanischen Belastung im elastischen Verformungsbereich (Zug, Biegung, Druck). Die dynamischen Verfahren basieren auf der Schwingungsanregung eines Prüfkörpers und der Analyse der resultierenden Schwingungen (Resonanzmethode oder Impulsanregungsmethode) oder auf der Messung der Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeit.
Stellvertretend für die dynamischen Verfahren wird im ersten Teil dieses Beitrages die Resonanzmethode vorgestellt. Der zweite Teil dieses Beitrages fasst die werkstoffabhängigen Ergebnisse der E-Modulbestimmung mit statischen Verfahren im Zug- und Biegeversuch zusammen.
THz and mid IR spectroscopy of high-molecular PE (HMW) and ultra high-molecular PE (UHMW) reveals modifications of the molecular structure. Characteristic absorption bands are changed if the two materials are exposed by γ-Co60 radiation up to 600 kGy and subsequently stored at an annealing temperature of 398 K until for 729 days. UHMW-PE and HMW-PE behave differently during the ageing process because of their molecular weight and inherent structure distinctions. The spectroscopic data offer characteristic absorption bands, which have been used to describe the complete ageing process in more detail. For instance, the integral absorption in the B1u THz-region can be used to describe quantitatively the reduction of crystallinity. The formation of trans vinylene unsaturation and the decay of vinyl during ageing can be observed in detail in the mid IR range.
Der Frequenzbereich der Terahertzwellen liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und dem infraroten Licht – also etwa im Bereich von 0,1 bis 10 Terahertz (THz). Der VDI-Statusreport „Terahertzsysteme und Anwendungen“ stellt die unterschiedlichen Konzepte für Terahertzsysteme vor und zeigt Anwendungsbeispiele, bei denen die Terahertztechnik erfolgreich eingesetzt wird. Umfangreiche Literaturangaben ermöglichen eine intensivere Beschäftigung mit allen Themen des VDI-Statusreports.
Removal of Etalon Features in the Far-Infrared–Terahertz Transmittance Spectra of Thin Polymer Films
(2020)
Etalon features in infrared spectra of stratified samples, their influence on the interpretation and methods to circumvent their presence in infrared spectra have been in discussion for decades. This paper focuses on the application of a method originally developed to remove interference fringes in the mid-infrared spectra for far-infrared Fourier transform spectroscopy on thin polymer films. We show that the total transmittance-reflectance technique, commonly used for mid-infrared, also works successfully in the far infrared spectral range where other approaches fail. Experimental spectra obtained by such technique are supported by model calculations and reveal the possibility and limits to obtain almost undisturbed far-infrared spectra which are suitable to determine low energy vibrations of ionomer salts under certain sample conditions.
Diese Richtlinie definiert Kenngrößen und Messverfahren, um Terahertzsysteme für die Zeitbereichsspektroskopie (TDS)zu spezifizieren. So können Hersteller ihre Systeme übereinstimmend beschreiben und Anwender einfach Systeme vergleichen. Systeme für die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie sind aktive Systeme und nutzen verschiedene Techniken sowohl zur Erzeugung als auch zur zeitaufgelösten Messung von breitbandigen Terahertzimpulsen. Die dazugehörigen Terahertzspektren und -Phasen werden nach einer zeitlichen Abtastung über eine Fourier-Transformation berechnet. In dieser Richtlinie wird ein Überblick über die Funktionsweisen von Zeitbereichsspektrometern gegeben, die eingesetzten Messverfahren näher erläutert sowie die benötigten Begriffe und Kenngrößen definiert. Die Richtlinie konzentriert sich dabei auf Systeme, die auf sogenannten Abtastmessverfahren (Sampling-Messverfahren) basieren.
The knowledge of the cure situation during the production process of
thermosetting material is of enormous importance.
• Mid- and near- infrared (IR) spectroscopy in attenuated total
reflectance (ATR) geometry are promising techniques for curing
studies.
• An IR/THz sensor system was developed to investigate its suitability
for future online monitoring of curing processes in the production line.
Novel Technique for On-Line Monitoring of the Curing Process of Fiber Reinforced Polymer Composites
(2020)
A specially designed experimental set up has been integrated into a commercially available FT IR Spectrometer for ATR experiments on Epoxy Systems. Representative data of far infrared spectra measured during the curing process at different temperatures of an epoxy system will be presented in dependency of the curing situation. The experiments and the selected set up are discussed to demonstrate its potential for future monitoring and ageing control applications during a manufacturing process of polymer composites.
Novel Technique for On-Line Monitoring of the Curing Process of Fiber Reinforced Polymer Composites
(2021)
A specially developed experimental set up has been integrated into a commercially available FT IR Spectrometer to study the curing of Epoxy Systems. MIR and FIR spectra measured during the curing process at different temperatures of an epoxy system will be presented in dependency of the curing time. The experiments and the selected set up are discussed to demonstrate its potential for future monitoring and ageing control applications during a manufacturing process of polymer composites.
Up to now THz-TDS-systems aren’t considered to be nondestructive testing facilities for large scale industrial applications, despite it was proven that they provide a comprehensive set of quality parameters. A practical approach to bring THz-TDS in addition to already existing testing systems into the industrial mainstream is systematic development of future test procedures and test facilities for dielectrics. For this purpose polyeth-ylene test specimen with introduced artefacts were designed, to evaluate the detection sensitivity of Time of Flight measurements based on dielectrics. SAFT reconstructed tomograms are presented which visualize the sizes and location of artificially introduced flaws.
THz and mid IR spectroscopy of high-molecular PE (HMW) and ultra high-molecular PE (UHMW) reveals modifications of the molecular structure. Characteristic absorption bands are changed if the two materials are exposed by -Co60 radiation up to 600 kGy and subsequently stored at an annealing temperature of 398 K until for 729 days. UHMW-PE and HMW-PE behave differently during the ageing process because of their molecular weight and inherent structure distinctions. The spectroscopic data offer characteristic absorption bands, which have been used to describe the complete ageing process in more detail. For instance, the integral absorption in the B1u THz-region can be used to describe quantitatively the reduction of crystallinity. The formation of trans vinylene unsaturation and the decay of vinyl during ageing can be observed in detail in the mid IR range.
Casks for storage and transportation of used fuel rods of radioactive material are equipped with polyethylene (PE) for improved neutron flux shielding. The embedded PE structures are additionally exposed to gamma radiation and heat flow due to the specific high activity of the fission products. 60Co γ-radiation and heat load experiments at 125°C has been performed to evaluate PE degradation during the ageing process. FAR-FTIR-experiments were subsequently performed at differently aged PE test samples to characterize the oxidation process and morphological changes in the samples during the ageing at 125°C.
Etalon effects in THz transmittance spectra, either taken in time- domain or frequency-domain, often hamper or even hinder the interpretation of film properties. In this paper we discuss the transferability and applicability of spectroscopic methods typically employed in the near and mid infrared spectral range to eliminate the fringes in the transmittance spectra in the THz spectral range.