光学相干层析技术检验电工胶带的方法研究

1 引言

电工胶带是生活中常见的物品,也是犯罪分子实施犯罪经常使用的工具,例如捆绑被害人手脚、固定爆炸物、粘贴玻璃等。作案之后,这些胶带被遗留于现场上,形成一种特殊的物证,通过对现场胶带的分离缘形态与嫌疑人所使用的胶带的分离缘形态的检验,可鉴定是否同属一个整体,或通过二者的种类属性如成份检验可证明是否为同类胶带,从而为揭露和证实犯罪提供证据[1]。尤其在一些爆炸案、盗窃案中,现场的其他证据难以获取,对现场遗留的电工胶带的检验就显得更加重要。

电工胶带由带基和粘合剂组成,国内外对电工胶带的检验已经有很多种方法。利用显微镜和物理方法对电工胶带的带基进行检验,测量其宽度、厚度等物理信息区分不同品牌的电工胶带[2]。利用扫描电镜/能谱法(SEM/EDS),可以定量分析电工胶带带基中的主体元素(Cl和Ca)的相对含量,结合X射线荧光光谱法(XRF)对电工胶带带基中的微量元素进行定性分析,对不同品牌的电工胶带有较好的区分效果[3]。裂解气相色谱-质谱法(PY-GC/MS)可以用于电工胶带粘合剂的检验,但会对样品造成不可避免的损坏,因此一般作为最后的方法使用[4]。本文介绍一种利用光学相干层析技术检验电工胶带的方法。相比较传统检验方法,光学相干层析技术无需对检材进行切片处理,操作方便,保证了检材的完整性,提高了办案人员的工作效率。

光学相干层析技术(Optical Coherence Tomography,OCT)是麻省理工学院的David Huang教授在1991年首次提出的,他利用OCT技术成功显现了人眼视网膜图像[5]。基于OCT技术的无损检验、断层成像、高分辨率及实时成像等特点,其在医疗[6-7]、陶瓷[8-9]、文物[10]、玻璃[11]、珠宝[12-13]、油画[14]等方面的应用十分广泛。近年来,OCT技术也被应用到法庭科学检验中来,例如指纹识别[15]、假币鉴别[16]、血迹分析[17]、汽车油漆物证检验[18]等。本文利用OCT技术对不同品牌、不同颜色的电工胶带进行检验鉴定,希望为电工胶带检验提供一种新的方法。

2 材料和方法

2.1 电工胶带样品

收集来自7个不同厂家生产的12种不同颜色、不同品牌的电工胶带,详细信息见表1。

2.2 OCT系统

本实验使用的是自主搭建的光纤频域OCT系统[18]。系统原理图如图1所示。系统在空气中的深度分辨率为5 m,扫描的成像速率是70 kHz。系统采用带宽超发光二极管作为光源,中心波长为832 nm,半高全宽60.4 nm,发射功率为13 mW,样品上功率为6 mW。系统CCD的曝光时间为50 s,信噪比约为100 dB。样品横向扫描通过扫描振镜完成,并与CCD保持同步。成像控制系统是由C++编写的软件完成。

表1 电工胶带样品信息表Table 1 Information of the electrical tape samples样品编号品牌颜色生产厂家A1天坛红色北京天坛胶粘制品有限公司A2虎王红色河北华夏实业有限公司A3王中王红色邢台市跨越塑胶有限公司A4舒氏红色孝感舒氏有限公司A5VINI红色日本电气化学DENKAA63M红色3M中国有限公司A7万得红色天津亚化胶粘制品有限公司B1天坛白色北京天坛胶粘制品有限公司B2虎王白色河北华夏实业有限公司B3王中王白色邢台市跨越塑胶有限公司B4舒氏白色孝感舒氏有限公司B5VINI白色日本电气化学DENKA

3 结果和讨论

3.1 电工胶带样品OCT图像

不同厂家生产的电工胶带所选的带基材质以及原料含量都不同,因此不同材质的带基对光的散射、反射能力也不同。OCT采用的光源是近红外光源,对电工胶带有一定的穿透能力,当光穿过不同介质时,由于折射率发生变化,系统探测到的光强度信号也发生明显变化。电工胶带的带基上下表面与空气分别形成两个介质交替,因此如果光全部穿透电工胶带,系统会探测到两个光强度信号。实验选取每个电工胶带的样品中五个区域,计算五个区域平均值达到实验更加精准的目的。如图2(a)所示,电工胶带二维OCT断层图像上下两条明亮的线即电工胶带上表面和下表面的成像效果。由于OCT技术是根据相干光原理设计的,因此系统采集到的样品图像的厚度实际是光程(实际厚度×折射率)。图2(b)是样品的纵向一线信号图,其中横坐标代表深度(样品的纵向深度),纵坐标代表散射强度。在一线信号图中可以观察到样品峰的个数、峰强、峰间距(光程)等信息,峰的强度反映的是样品对光源的散射强度,因此峰值比代表的是样品的散射强度比。

图1 频域OCT系统原理图Fig.1 The schematic of SD-OCT system

图2 (a)电工胶带二维OCT断层图像;(b)电工胶带纵向一线信号图Fig.2 (a)2D OCT cross-sectional image of electrical tape;(b)A-scan signal of electrical tape

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0322/447.html