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。     

太赫兹反射成像技术在复合绝缘子硅橡胶内部缺陷检测中的评述

由于太赫兹波穿透能力强、成像分辨率高、抗干扰能力强等优点,基于太赫兹反射成像方式的无损检测技术成为绝缘子缺陷检测领域的研究热点。本文首先介绍了介质中太赫兹波的传播特性,构建传播模型分析了存在缺陷时因介质不连续性导致缺陷界面处的太赫兹波折反射现象。然后概述了电磁波的时域有限差分法（FDTD）,基于FDTD理论的电场随时间的变化方程利用全波三维电磁场仿真软件对硅橡胶材料进行几何建模仿真,发现在距离模型中心2.5 mm的观测面上观察到的太赫兹波分布情况差异可以反映内部缺陷的尺寸和位置,提供了一种理论研究仿真方法。最后综述了学术上应用太赫兹成像技术检测绝缘子内部缺陷的案例,分析了探测距离影响灵敏度、背景噪声影响成像分辨率和缺陷类型识别的问题,并针对这些问题进行了展望。     

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。     

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。     

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。     

基于太赫兹时域光谱技术的交联聚乙烯电缆绝缘层气隙检测分析

隐藏气隙缺陷会严重影响交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘性能,造成安全隐患。该文提出一种基于太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)的XLPE无损检测新方法。首先分析XLPE中隐藏气隙缺陷特性,建立含有气隙缺陷的XLPE的多层色散模型并进行理论分析,然后采用实际XLPE样品并人工模拟气隙缺陷,最后利用自己搭建的透射式THz-TDS系统对样品成谱成像实验。实验结果表明,通过采集THz-TDS系统透过样品的时域信号,以信号幅值和相位为特征量可有效辨别XLPE样品的隐藏气隙,对信号谱进一步分析可以得出隐藏气隙的几何尺寸信息,计算误差在2.9%以内;另外,对XLPE隐藏气隙的THz成像实验可以更直观地观测到气隙特征,应用该文设计的太赫兹成像算法能清楚地辨识气隙的位置和形状特性。该文从理论和实验上证明了基于THz-TDS系统对XLPE隐藏气隙缺陷无损检测的新方法的可行性,可为电缆绝缘缺陷的无损检测提供一种新的思路,且可应用于其他电气设备检测中。     

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。     

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。     

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.     

太赫兹信号在老化硅橡胶中的传播特性仿真研究

绝缘是影响电力系统稳定运行的重要因素,但大多数情况下电气设备很难拆卸,对其绝缘老化程度的检测较为困难.太赫兹波具有可以轻易穿透绝缘材料等非金属材料的特性,这对于硅橡胶复合绝缘子的无损检测具有重要意义.分析了太赫兹信号在理想介质与有损介质中传播的特性,从理论上阐述了其在非理想材料中可能发生的损耗,进而指出可以通过检测太赫兹回波损耗变化来反映硅橡胶介电常数的变化及其老化程度.之后在CST仿真软件上搭建仿真模型,改变材料的相对介电常数以及太赫兹信号的频率,研究其对回波损耗造成的影响,最后得出的结论可以更有效率地指导实际实验的进行.     

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。     

基于回旋管的星载太赫兹成像雷达设计与仿真

太赫兹技术应用和关键器件研制是当今学术界的重要研究课题。太赫兹雷达具有很高的系统带宽和成像精度,可广泛应用于雷达探测和成像领域。回旋管能在较高的频段上实现大功率发射,是目前广泛采用的一种太赫兹频率源。根据国内外大功率回旋管的研究现状,提出了一种基于回旋管的星载太赫兹成像雷达系统方案,对雷达的关键技术指标,如作用距离、发射功率和天线增益等进行了详细论证,并进行了ISAR成像仿真试验,仿真结果验证了成像系统的高分辨率特性,为太赫兹频段高分辨率成像雷达系统设计提供理论依据和技术支持。     

隔离刀闸发热缺陷的分析与预防

红外成像技术可以在不接触电气设备、不取样、不解体、不停电的情况下对电气设备绝缘故障进行检测和诊断,是一种较为理想的检测电气设备绝缘缺陷的现代化手段。1红外测温技术在监测隔离刀闸发热的应用1.1红外线测温的目的和意义     

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。     

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。     

太赫兹技术在电力设备检测中的应用

根据太赫兹的定义出发,概括了太赫兹目前的发展现状,详细介绍了太赫兹的特性。根据太赫兹特征,文章对太赫兹目前的应用领域及相关技术进行了论述。并对太赫兹技术成像原理及相关设备进行了介绍。结合以上信息,最后文章对太赫兹在电力行业中的应用研究进行了探讨,并列举了太赫兹成像技术在电力设备检测中的应用方向。     

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。     

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。