六氟化硫气体中水含量的太赫兹时域光谱检测*

六氟化硫设备中的含水量检测对电网的安全运行至关重要.为了实现对六氟化硫气体中含水量的快速无损检测,利用太赫兹时域光谱技术对不同含水量的六氟化硫气体进行实验测量,获得了不同含水量六氟化硫气体的吸收系数和折射率,研究了六氟化硫气体中的水分对太赫兹波的吸收作用.实验结果表明,六氟化硫气体的吸收系数和折射率都随着水含量的增加而增大.根据不同水分含量六氟化硫气体的吸收系数反向推测出含水量,实现对六氟化硫气体的含水量检测.研究六氟化硫气体中含水量的太赫兹吸收光谱特性,对于快速、准确检测高压电器设备中六氟化硫气体的含水量及排除安全隐患具有重要意义.     

基于USB的TDS电路设计

简要介绍了一套针对太赫兹时域光谱系统(TDS)研制的基于USB通信的电路系统。该电路系统通过给太赫兹发射器提供偏压,控制光学延迟线实现对样品的时域光谱的测量,实现太赫兹探测器数据采集,并通过USB实现数据的上位机传输,最终通过数据处理得到太赫兹的时域信号和频域信号。通过模式识别算法与样品库中的频谱进行比对,识别待测物品成分。测量结果表明,电路系统符合实际需求,太赫兹时域光谱系统的可利用带宽可以达到3 THz,光谱分辨率优于10 GHz,能够很好的满足样品的光谱测量。     

太赫兹时域光谱技术在绝缘纸板微水含量检测中的应用分析

水分是电力设备油纸绝缘寿命的首要劣化因素。将太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）引入到油纸绝缘微水含量测试中,利用太赫兹时域光谱系统对不同微水含量绝缘纸板样品进行测试,得到了不同太赫兹时域及频域响应信号结果并进行拟合,从而获得了可以初步估计纸板中水分含量的计算公式;最后结合太赫兹成像技术对纸板平面的水分不均匀分布情况进行了检测。由于水分子中的氢键在太赫兹波照射下会产生强烈的共振与吸收,在太赫兹透射波中产生明显的反馈作用,基于此原理可以将太赫兹检测技术运用于对绝缘纸板水分含量与分布的评估中。     

太赫兹波技术在电网设备绝缘材料检测中的应用

太赫兹波在绝缘介质中具有良好的穿透性、直线性、抗干扰性,且对人体无害,随着太赫兹波发射和探测技术的成熟,在材料无损检测、光谱分析、航空、医学等领域开始广泛应用。文中阐述了太赫兹波的产生、探测原理,以及太赫兹透射波、反射波在绝缘介质检测中的探测方式;分析了基于时域、频域信号的特征参量对被测物体进行太赫兹成像的原理;最后,综合阐述了太赫兹波在电网设备绝缘材料检测中的应用场景和技术可行性。     

太赫兹光谱识别木材的影响因素研究

径向变异和不同切面是影响太赫兹光谱识别木材的重要因素。为了探讨径向变异和不同切面对太赫兹光谱识别木材的影响,利用太赫兹时域光谱技术获取杉木和柳杉样品的太赫兹光谱数据,共600组木材光谱数据,分析太赫兹光谱,基于BP神经网络建立木材识别模型,比较模型预测的正确率。发现木材样品太赫兹光谱因为径向变异和不同切面而存在差异,预测样品与建模样品径向部位相同时和不同时的模型预测正确率差异较小,最高正确率达到96.25%,预测样品与建模样品切面相同时和不同时的正确率差异较大。结果表明,基于太赫兹时域光谱技术能够准确实现木材识别,径向变异对木材识别影响较小,不同切面对木材识别影响较大。     

太赫兹波在绝缘材料测厚中的应用

太赫兹波在绝缘介质中的传播速度与折射率相关,在材料折射率已知的情况下,通过太赫兹波的时延特性可实现材料的厚度测量。电网设备中的许多绝缘部件由于结构不规则、不能破坏,其厚度难以用常规方法直接测量,而太赫兹波的特性使其具有一定的适用性。文中结合传播模型分析了太赫兹波传播过程中多次反射波的叠加效应,测试了不同厚度的硅橡胶、环氧玻纤平板材料的透射波与反射波特性,分析了太赫兹时域波形在介质中传播的时延、衰减与介质厚度的关系,提出了在透射和反射两种模式下绝缘材料厚度测量的方法。研究表明,太赫兹透波在绝缘材料的厚度测量中有较高的精度,可应用在材料测厚、护套均匀性测试等场合。     

太赫兹技术在电气设备绝缘缺陷检测研究综述

太赫兹波在绝缘介质材料传播中不仅具有衰减小,准直性强,穿透性好等优点,而且在成像可视化方面具有较高的分辨率,深受电气设备绝缘缺陷检测领域学者的喜爱。首先概述了太赫兹波的产生和探测技术,介绍了太赫兹时域光谱技术和基于时域、频域信号的特征参量对绝缘缺陷成像的原理,给出了电气设备绝缘缺陷应用太赫兹波检测的典型案例,探讨了目前存在的探测方式选取、缺陷类型识别、在线监测可行性的相关问题,最后对太赫兹技术在电气设备绝缘缺陷检测领域的前景进行了展望。     

太赫兹波技术在药学上的应用研究

太赫兹(THz)辐射是一种新型的远红外相干辐射源,太赫兹时域光谱技术是利用太赫兹脉冲研究物质物理化学性质的一种新兴光谱技术,具有很多独特的性质。由于很多极性生物大分子的振动和旋转能级都处于在太赫兹波段内,因此利用太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术研究药品的结构,分析药品的成分,对控制药品的质量稳定性具有重要的意义。综述了近些年来太赫兹技术在药品领域上的应用成果,探讨了存在的问题,并对发展前景进行了展望。     

基于太赫兹时域光谱的XLPE不同尺度缺陷研究

交联聚乙烯（XLPE）在生产、敷设、运行过程中会受到多种因素影响,产生不同尺度的结构缺陷,进而影响XLPE的电气性能。本文对XLPE电力电缆中常见的分子缺陷、聚集态结构缺陷与宏观气隙缺陷进行了重构,并结合X射线衍射测试（XRD）与太赫兹时域光谱（THz-TDS）的透射和反射模块对3种尺度的缺陷进行表征。结果表明：太赫兹时域光谱的电压幅值、相位信息分别表现出关于极性分子与聚集态结构变化的敏感特性;通过太赫兹时域光谱透射与反射模块的联用技术,可精准识别并计算出内部气隙缺陷的位置及尺寸,实现对不同尺度缺陷的无损检测。     

不同热老化程度的植物绝缘油太赫兹时域光谱特性研究北大核心CSCD

植物绝缘油因其较好的绝缘性能及绿色环保等优势,逐渐成为传统矿物绝缘油替代品研究的热点。太赫兹波段光谱具有独一无二的指纹特征吸收峰,使其成为近年来物质检测热点技术之一。文中利用绝缘油的太赫兹时域光谱快速、准确、稳定的数据采集特性,对植物绝缘油的老化状态进行诊断。首先,利用改进的电磁波传递函数消除了仪器和容器的法布里—珀罗(F-P)效应。然后计算出植物绝缘油的吸收系数、折射率等THz谱参数,分析了植物绝缘油在太赫兹区域的介电性能。最后,与相应老化状态下的糠醛浓度进行对比,结果表明,糠醛浓度与平均折射率有相同的变化趋势。研究结果为THz-TDS技术在植物绝缘油老化状态评估领域的应用提供了很好的参考。     

便携式X射线荧光光谱仪在放电产物元素成分分析中的应用

简单介绍X射线荧光光谱分析技术及便携式X射线荧光光谱分析技术的特点及测量原理.针对气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)设备固体粉末放电产物元素分析的特点,提出利用便携式X射线荧光光谱仪测量GIS设备固体粉末放电产物元素成分的几种可行的方法,包括压片法、白纸铺垫法、平单质金属片衬底...     

高分辨THz-TDS采集传输的嵌入式设计与优化

为了满足太赫兹高分辨检测及实时处理需求,利用光电导天线产生和探测太赫兹时域光谱信号,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)实现太赫兹时域光谱的采集、维纳滤波反卷积处理、传输和上位机显示等功能。将采集到的太赫兹时域光谱数据进行维纳滤波反卷积处理,实现还原太赫兹信号、提高时间分辨率以及降噪的效果,将数据由以太网传输的方式传输到上位机进行实时显示,针对实际检测中太赫兹信号反卷积后脉宽较宽,提出在维纳滤波反卷积算法中引入与频率相关的函数对算法进行优化,使信号的脉宽变窄,提高检测精度。优化的维纳滤波反卷积算法处理结果相比于原始算法信噪比增加7 dB,脉宽降低0.2 ps,实现更高的检测分辨能力,算法在FPGA中实现,精度误差小于0.7%,处理效率提升14.29倍,并且减少后期上位机处理时间。     

太赫兹科学技术研究的新进展

近年来,太赫兹科学与技术研究得到了巨大的发展,除了传统的太赫兹辐射源、太赫兹探测、太赫兹光谱与太赫兹成像研究以外,太赫兹遥感、太赫兹雷达、太赫兹通信、太赫兹计量、太赫兹无损检测以及太赫兹技术在材料表征、环境监测、石油化工、航空航天、生物医学、军事国防、国家安全等方面的应用都得到了全面的发展。本文在回顾二十多年来太赫兹科学技术研究所取得的一些主要成果的基础上,重点介绍近年来太赫兹科学技术研究的新进展,对太赫兹技术本身的发展及其应用趋势进行展望。     

太赫兹科学技术在生物医学中的应用研究

介绍了近十年来国内外太赫兹科学技术在生物医学领域的研究与应用进展.重点总结了太赫兹辐射的生物效应、太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术,在生物医学领域的研究与应用的3个大类的成果.有关太赫兹辐射的生物效应,分不同频率、不同功率和不同辐射时间下样品的生物学反应来介绍.又根据探测样品属性不同分为生物体、生物组织、生物细胞、生物细胞器和生物大分子等6个层次的内容.充分论证了太赫兹科学技术对生物医学的安全性和适用性.由于太赫兹光谱包含丰富的生物分子及分子间的组成信息和构象信息,在生物医学领域的研究与应用最多.对不同生物大分子的太赫兹特征频谱进行了解读,对太赫兹光谱技术的应用进行了梳理,目的为让更多的人了解太赫兹科学技术的优越性和应用前景.在太赫兹渡成像技术方面,总结了其在癌变组织诊断、皮肤烧伤探测等方面的研究应用.为使迷人的太赫兹波科学与技术更好的服务于人类,尝试较为全面地对太赫兹科学技术在生物医学领域取得的研究成果进行归纳与总结,同时也探讨了现阶段在生物医学领域所存在的不足,以及今后努力的方向.     

基于太赫兹波的复合绝缘子界面检测研究

复合绝缘子的交界面缺陷问题严重威胁着电网的安全运行。为了有效评估复合绝缘子的界面性能,研究基于太赫兹波的无损检测方法。首先理论分析了太赫兹反射波在不同性能界面中的传播过程。测试界面气隙、蚀损缺陷情形的太赫兹反射波,分析太赫兹波在含缺陷界面中的反射传播特性。针对气隙缺陷,提出通过太赫兹波形特征比对的定量检测方法;针对蚀损缺陷,提出基于波形差值的成像检测方法。根据太赫兹波形特征信息,可对界面气隙和蚀损缺陷进行分类诊断。对实际缺陷的测试表明,太赫兹时域反射波在复合绝缘子界面缺陷检测中具有较高的应用价值。     

太赫兹光谱技术的应用进展

近年来太赫兹（THz）技术快速发展,在安全检测、航空航天、生命科学、化学等领域应用日趋广泛。由于许多炸药及其相关材料在THz波段具有特征吸收,许多非金属、非极性材料对THz波是透明的,且太赫兹波具有低能性,THz光谱技术在安检中具有巨大的应用潜力。本文介绍了太赫兹波的特性和国内外在太赫兹领域的研究进展,详细介绍了太赫兹波在爆炸物、毒品和包装材料检测中的应用,并讨论了在应用中存在的困难和面临的挑战。     

含微水油浸绝缘纸板太赫兹频段极化特性与微水含量快速检测方法研究

变压器油纸的含水量检测是研究变压器绝缘状态的重要手段,为研究油浸绝缘纸板在太赫兹频段下的极化行为,及实现油纸含水量的快速无损检测,该文利用太赫兹时域光谱技术对含水量不同的变压器油浸纸板进行测试,研究油纸中的水分对太赫兹入射波的吸收作用;再根据相关的光学理论及广义麦克斯韦关系计算样品在太赫兹频段下的复介电常数、介质损耗角等参数,结合Debye弛豫模型进一步分析油纸中水分子的极化特征;最后基于极性液体的弛豫谐振极化理论,对含微水油纸的太赫兹测试结果进行拟合研究。结果表明:油纸中的水分子会在太赫兹频段下发生弛豫极化和谐振极化,刚度较高的纤维素-水氢键引起的谐振极化强度较水-水氢键弱,通过谐振项幅值(AOSC)不仅可以定量评估油纸中微水含量,还可以表征其极化行为及水分状态。     

恒压下GIS盆式绝缘子表面缺陷的长间歇性放电特性研究

局部放电检测是当前评估GIS状态和绝缘完整性的重要手段。实践表明,现场局放检测到的缺陷多为自由金属颗粒或悬浮放电,鲜有固体绝缘缺陷案例发现,涉及GIS绝缘盆子的突发性击穿或闪络故障时有发生,局放监测能否发现此类缺陷是该领域内亟待解决的重要问题。为此,设计了GIS绝缘子表面附着金属异物的缺陷模型,通过长时间施加恒定电压的方式,采用全实时检测系统对该模型放电的特高频信号进行了长时间记录,深入分析了此类放电的时序统计特性和PRPS、PRPD图谱特征,揭示了此种类型缺陷在运行电压下的长间歇放电现象和特点。基于固体绝缘材料的电化学击穿理论和空间电荷效应,对固体绝缘缺陷放电的间歇性特征进行了理论解释。所做研究对固体绝缘长间歇放电的检测和固体绝缘突发性闪络故障的预警具有重要的指导意义。     

机械缺陷对GIS外壳振动影响

气体绝缘开关(GIS)在运行过程中会发生振动。为了分析在GIS外壳连接处的螺栓松动和导杆不对中两种缺陷的振动信号分别与无缺陷正常运行时的差别,文中建立了252 kV三相分箱型GIS的三维模型,并在固体力学场中对模型进行模态分析,确定其固有频率,得到较有代表性的六阶模态振型。文中通过施加不同载荷及改变模型参数等方法,在固体力学场中分别求解无缺陷、不同数量螺栓松动和不同情况的导杆不对中状态下GIS外壳振动加速度的时域信号,并通过频谱分析得到其频域信号,通过比较分析几种情况下外壳振动加速度信号的差别,获得GIS出现螺栓松动缺陷和导杆不对中缺陷在GIS外壳振动加速度上的特征,得到出现以上缺陷时的判据。文中所得到的相关结论对于后续的GIS设备运行状态监测、机械缺陷判别和振动情况研究有一定的参考价值。     

太赫兹技术在军事和安全领域的应用

由于太赫兹波处于电磁波谱的特殊频段,属于电子学向光子学过渡区域,具有辐射小、透射性好、方向性强、频谱宽、通信传输容量大、对很多极性生物大分子有指纹谱等特点。因此太赫兹光谱技术、成像技术和雷达通信技术在军事和安全领域具有重要的应用价值。综述了近年来太赫兹技术在国内外军事、安全领域的应用成果,探讨了存在的问题,并对该技术在该领域的应用进行了展望。