可用於觀察木材中昆蟲損傷的太赫茲成像技術

圖片來源：霍克大學應用科學與藝術學院。

上圖所示為研究人員利用機器人手臂的時域太赫茲斷層掃描技術檢測到木材樣本中的昆蟲損傷。在這裡，Kirsti Krügener獲得了反射太赫茲斷層圖像測量.

昆蟲侵擾正在成為林業越來越棘手的問題，特別是在經歷了與氣候變化有關的乾旱和炎熱天氣的地區。一種新的太赫茲成像技術可以幫助減緩這些蟲害的蔓延，方法是在木材內部的昆蟲損傷在外部可見之前進行檢測。

來自德國霍克應用科學與藝術大學的研究小組成員Kirsti Krügener說：「我們的方法可用於檢測樹木樹榦、進口木材或早期感染階段的木製品的早期蟲害。」這有助於防止來自其他國家的破壞性昆蟲，並在其蔓延到整個森林之前阻止其侵擾。」

在光學學會雜誌《應用光學Applied Optics》上，研究人員報道了他們如何使用太赫茲飛行時間斷層掃描技術，無創地識別出印刷機甲蟲造成的木材樣本，而這種甲蟲感染了歐洲的雲杉和其他針葉樹。他們還能夠重建木材樣品的內部結構。

Kirsti Krügener說：「通常通過人工檢查木材來檢測破壞木材的昆蟲的鑽孔，然後估計森林的受感染區域。據我們所知，這是第一次使用技術方法檢測昆蟲鑽孔。」

將這一新方法納入攜帶型儀器中，可以對森林中的個別樹木進行評估，以便只需要清除受侵擾的樹木。由於這項技術不會損壞正在成像的樣品，因此它也可能對研究木乃伊、研究和修復藝術品或工業質量控制有用。

透過表面

電磁頻譜的太赫茲區域位於微波和紅外區域之間。它被用於許多機場的全身掃描儀等應用，因為它不會傷害人或被檢查的材料，而且可以看穿衣服、塑料和植物材料等材料。

太赫茲飛行時間層析成像的工作原理與超聲波測量非常相似，因為木材樣品中的每個界面都反映了一定量的太赫茲輻射，這些輻射是根據時間順序檢測和分析的。昆蟲所形成的每一個地下隧道都會形成一個新的界面，在這個界面上反射輻射。

Kirsti Krügener說：「受感染的樣本比未受感染的樣本反射的太赫茲輻射更多，因為界面更少。此外，個別反射的太赫茲信號可用於形成整個區域的圖像，以便能夠可視化受感染木材的內部結構。」

表面以外

雖然太赫茲飛行時間斷層掃描已經使用了近20年，直到最近，它只能應用於平面樣品。兩年前，研究人員開發了一種新的程序，使用機械臂逐點掃描任意形狀的樣品，同時保持發射器接收頭垂直於樣品表面，並與樣品表面保持一定距離。

研究人員將這些方法應用於對已知和未知內部結構的木材樣品進行圖像處理。他們將這些結果與傳統的斷層攝影技術進行了比較，發現用太赫茲信號重建的內部結構與X射線或計算機斷層攝影所能達到的結果吻合得很好。他們能夠通過檢測木材表面下1厘米處的打字員甲蟲洞穴來區分受感染和未受感染的樣本。

Kirsti Krügener說：「太赫茲測量的深度解析度比傳統的X射線技術高，可以與微型CT相媲美。但是，與微型CT不同，太赫茲系統可用於任何尺寸的樣品。」

研究人員現在正致力於提高測量和數據分析的速度，並開發更複雜的數據分析，使該方法更適用於檢測受感染的木材。他們還想開發一種可在野外使用的攜帶型儀器。

來源：https://phys.org/news/2019-07-terahertz-imaging-technique-reveals-subsurface.html

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