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。     

基于太赫兹时域光谱系统的橡胶分类识别

基于太赫兹时域光谱（THz TDS）系统对4种橡胶样品进行检测,分别采用核主成分分析（KPCA）和核典型相关分析（KCCA）方法对橡胶太赫兹光谱进行特征提取,引入PCA和CCA作为对比,再结合支持向量机（SVM）建立分类模型,对橡胶进行分类识别,最后以偏最小二乘判别法（PLS DA）的识别结果作为参考。结果表明,SVM结合特征提取方法可以对橡胶的光谱进行分类识别,KPCA SVM对吸收谱的分类效果最佳,而PLS DA对折射谱的分类效果要优于SVM,同时,KPCA对光谱的特征提取效果要优于标准的KCCA方法。实验为橡胶的识别分析提供了新的方法。     

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。     

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。     

基于太赫兹时域光谱的XLPE老化评估研究

合理预测交联聚乙烯（XLPE）电缆的老化状态,及时更换老化严重的电缆,对于电网的稳定运行至关重要。本研究对XLPE绝缘电缆试样进行145℃的加速热老化实验,分析了相关微观理化特性,并建立了太赫兹频段介电参数与微观结构之间的关联。结果表明：随着老化时间的增加,XLPE的结晶度降低、热稳定性下降,羰基指数增大,表明XLPE老化程度逐渐加剧;在太赫兹频段范围内,介电常数实部受结晶度、极性基团含量等多种结构因素的共同影响,导致其与老化时间之间的关系不明确,但介电常数虚部的变化主要由源于极性基团的偶极子高弹态极化引起,表现出随老化时间增加而逐渐增大的趋势。经拟合发现介电常数虚部与羰基指数呈正相关关系,因此太赫兹频段介电常数虚部能够较好地反映XLPE试样的老化程度。     

硫化锌的太赫兹光谱特性检测与分析

硫化锌(ZnS)是一种被广泛使用的光学薄膜材料,因为其透光区宽,易于沉积等特点被广泛用于制作宽光谱薄膜器件.利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对硫化锌进行太赫兹光谱特性检测.通过实验分析并进行光学参数计算,得到硫化锌在0.2～2.4 THz频段内透过率随着频率增大而增大,折射率在2.88～2.94之间(相较于可见...     

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。     

用于太赫兹时域光谱系统的锁定放大电路

针对目前商用锁定放大器在太赫兹光谱测量中存在的功能冗余、体积庞大、价格昂贵等问题,设计了一种精简的锁定放大电路.该电路采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32微控制器产生相对相位可编程控制的斩波信号和参考信号,结合平衡调制/解调器AD630实现锁定放大功能.基于诺顿等效定理提出了一种电流输入型锁定放大器测试系...     

基于改进SVM算法的高压断路器故障诊断北大核心CSCD

为了能更快速、准确的对高压断路器进行状态分析与故障诊断,文中提出了基于APSO-PCA-SVM算法的高压断路器故障诊断模型。首先提取分合闸电流信号中峰谷电流值、关键时刻等7维特征及动触头位移信号中的3维特征;随后利用PCA(主成分分析)对10维特征进行数据降维并确定最终特征集;最后采用APSO(自适应粒子群)算法进行SVM(支持向量机)核参数寻优,将最终特征集作为模型输入,建立了APSOPCA-SVM故障诊断模型,对高压断路器进行故障分类诊断。实例分析结果表明,该方法能够最大程度去除冗余信息,简化了诊断模型的同时提高了诊断精度和效率,在故障样本较少时采用有限特征量即可较为理想的实现对高压断路器此类小样本设备的高效故障诊断。