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。     

基于太赫兹时域光谱技术的GIS设备固体粉末中金属异物的检测研究

GIS设备在设计、制造、安装和运行维护时会产生固体粉末,固体粉末中存在金属颗粒时会对GIS设备的安全稳定运行造成较大隐患,因此对GIS设备固体粉末中金属异物进行检测具有重要意义。利用太赫兹时域光谱技术对环氧树脂、硅橡胶、陶瓷及其混合物进行了实验测量,获得了四组样品的时域、频域、吸收光谱和折射率。在此基础上,分别在这四组绝缘材料样品中加入铜粉末,并利用太赫兹时域光谱技术得到添加铜粉末后样品的时域、频域、吸收光谱和折射率。实验结果表明,在绝缘材料中添加铜粉末后,材料的时域、频域、吸收系数和折射率都有明显变化。通过太赫兹技术可快速准确地检测出GIS设备固体粉末中是否存在金属异物,进而保障电网的安全运行。     

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。     

碳纤维复合材料不同深度缺陷的太赫兹检测研究

太赫兹(THz)无损检测技术具有非破坏性、非电离和非接触的优点,在航空航天领域纤维增强复合材料无损检测中得到了较快的发展和应用。在碳纤维复合材料层合板的4个不同深度(0.225、0.450、0.675、0.900 mm)插入聚四氟乙烯作为人工缺陷,采用太赫兹时域光谱和成像系统对其进行成像和光谱分析,探讨太赫兹波辐射下缺陷的成像效果和光谱特性。研究结果发现,在0.25~2.0 THz频率范围内,太赫兹反射成像可以成功检测出碳纤维复合材料中不同深度缺陷:随着缺陷深度的增加,太赫兹频域成像信号和光谱信号随缺陷深度线性增大,吸收系数成像信号和光谱信号随缺陷深度线性减小;随着频率的增加,缺陷的功率谱密度先增大后减小,吸收系数缓慢增大。该结果可以为碳纤维复合材料缺陷深度的可视化和定量化分析提供参考依据。     

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.     

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。     

基于调频连续波的太赫兹透视测距技术

由于太赫兹波能够穿透非金属、非极性材料,太赫兹技术能够弥补激光技术的不足,实现对目标内部的透视测距。研究分析提出基于线性调频连续波的太赫兹透视测距技术,实现了多种材料的厚度以及多层介质材料的介电常数的非接触式测量,进一步拓展了太赫兹线性调频连续波的应用范围,为材料介电常数测量提供了新途径。以3种常见的材料作为检测目标,利用0.11～0.17 THz、0.17～0.22 THz、0.22～0.33 THz、0.33～0.50 THz 4个频段的太赫兹线性调频连续波实验验证方法的有效性,并证明厚度测量和介电常数测量的精度随信号带宽的增加而提高,误差最小均可达到1%以下。此外,以雷达天线罩陶瓷材料作为检测目标,应用太赫兹透视测距的原理,结合二维扫描架获取样品的全部信息,实现了对内部缺陷的透视成像与定位。     

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。     

Improvement of continuous‐wave terahertz imaging system for cellulose acetate membrane electrophoresis

We have successfully achieved terahertz imaging of cellulose acetate membrane electrophoresis of egg albumin using continuous‐wave imaging at 0.189 THz. A sample holder has been devised that can eliminate the membrane crook generated in the drying process after electrophoresis. A probe has been also fabricated, which was assembled with a Schottky barrier diode detector to detect the terahertz signal. A higher spatial resolution of 0.3 mm was achieved, which is 6.83 times the 2.05‐mm resolution without using the probe. Terahertz images of cellulose acetate membrane electrophoresis of egg albumin of 2 µl was obtained, in which the positions of protein were perfectly in accordance with the stained images. The technology can be used instead of the staining method for cellulose acetate membrane electrophoresis. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

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。     

太赫兹可控功能器件的研究进展

近年来太赫兹(THz)科学与技术的研究成为光学领域的研究热点,其在医学、通信和公共安全等领域具有深远的研究价值和重要的应用前景。但是THz波段功能器件尤其是可控功能器件匮乏,限制了太赫兹技术的进一步应用。表面等离激元光子学和奇异介质的出现有望改变这一局面,它能够在亚波长尺度对电磁波进行路由和操纵,有望成为下一代芯片技术的候选方案。首先介绍了基于表面等离体和奇异介质的可控太赫兹功能器件的物理机制,然后从电、磁、热、光四种主动控制手段来分别展示近年来太赫兹波段功能器件的研究进展,并从功能应用上对太赫兹功能器件进行了简单的分类总结,最后讨论了在应用中存在的问题和面临的挑战。     

太赫兹时域光谱用于橡胶添加剂的定量分析

在利用太赫兹时域光谱（THz TDS）技术对丁腈橡胶中的添加剂进行定量分析时,将偏最小二乘法(PLS)推广到多维偏最小二乘方法(N PLS),解决了高维数据的建模问题,并且具有良好的模型预测能力。为验证本算法的有效性,分别采用PLS算法和N PLS算法对样本进行建模分析,得出N PLS模型的均方根误差为2.04%,相关系数为0.98。PLS模型的均方根误差为2.71%,相关系数为0.97,结果表明,两种方法都可以对丁腈橡胶中添加剂的含量进行预测,而N PLS算法具有更好的预测效果。     

High-Power THz Generation, THz Nonlinear Optics, and THz Nonlinear Spectroscopy

It is now possible to generate terahertz (THz) pulses with sufficient energy and field amplitude to enable versatile applications in THz nonlinear optics and spectroscopy. In addition, THz waveform shaping at high intensities promises wide ranging new capabilities in THz coherent control. We review recent progress in generation of high-power THz phonon-polariton waves in lithium niobate that can be coupled into free space THz radiation. A ldquopolaritonicsrdquo toolset for control and processing of the THz waves is also reviewed briefly. Recent demonstrations of THz nonlinear optics and spectroscopy are then presented.