基于太赫兹技术的变压器绝缘油的检测与分析
发布时间：2021-10-18 12:51
电力变压器绝缘油的检测与分析是变压器故障诊断的有效手段,目前采用的变压器绝缘油检测技术主要是利用气相色谱法,这种传统的检测分析方法不仅存在操作复杂的缺点,而且不适合在线检测,难以及时发现变压器的故障隐患。因此,研究新的变压器绝缘油的检测分析方法对保障供电安全具有重要的意义。太赫兹时域光谱技术是近十几年发展的一项新的检测分析技术,利用该技术检测分析变压器的绝缘油尚未有先例,是一种具有挑战性的尝试。本文将采用宽频太赫兹时域光谱技术结合化学计量学方法对变压器绝缘油进行分析研究,将为变压器故障的检测分析提供新的手段。本文主要的研究内容包括:（1）研究分析了太赫兹时域光谱信号的噪声问题。为了降低太赫兹时域光谱信号的噪声,本文从硬件和软件两个方面开展了研究。硬件方面,本文分析了太赫兹时域光谱系统中锁相放大器时间常数对噪声的影响;软件方面,本文研究了两种降噪滤波方法:一种是双边滤波算法,另一种是小波变换算法。前者用于太赫兹信号白噪声的初步滤波处理,后者由于太赫兹信号离散精细滤波处理。在研究分析传统的双边滤波、基于离散余弦变换的双边滤波、基于法向修正的双边滤波和自适应双边滤波算法的基础上,提出了基于主...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文组织结构与章节安排Figure1-1Organizationandchaptersdistributionofthedissertation
博士学位论文82太赫兹时域光谱技术2TerahertzTime-DomainSpectroscopyTechnology2.1太赫兹技术原理（FundamentalTheoryofTerahertzTechnology）太赫兹光谱指的是0.1～10THz的电磁辐射波。频率方面，太赫兹波是存在于毫米波和红外线之间；能量方面，太赫兹光波位于电子和光子之间。作为电磁辐射波的一种，太赫兹光是在电磁波谱上波长介于红外电磁波与微波之间的电磁波，波长大于30um小于3mm，属于在宏观电子学过渡至微观光子学的期间。图2-1对太赫兹对应的电磁波谱进行了展示。考虑到以前探测技术不够灵敏、辐射源不够有效，长时间以来都未对太赫兹波段展开深入探究[67]。从近二十年来看，半导体器件以及光电技术取得了较快的发展，探究太赫兹技术也有了较为成熟的条件，更为有效的辐射源也应运而生，在此基础上研发了太赫兹光谱系统，并开始了大量的应用研究，特别是太赫兹图像与太赫兹时域光谱这两种技术[68],[69],[70],[71],[72],[73]。考虑到太赫兹光谱涵盖了非常多的物质的结构、物理以及化学信息，所以在材料分析[74],[75][76]、生物医药的检测[74],[75][76],[77],[78],[79],[80],[81]、石油化工的分析[82]等诸多领域取得了广泛应用。图2-1电磁波谱及太赫兹频段示意图Figure2-1Theschematicdiagramofelectromagneticandterahertzspectrum2.1.1太赫兹波的产生太赫兹波是通过大功率激光激发辐射源使得光子跃迁而产生。在太赫兹光波产生的过程中，太赫兹辐射源占据着核心地位，对于发展太赫兹技术来说是非常关键的，太赫兹时域光谱的各大技术指标便是取决于此。自上世纪末，随着半导体材料的更新迭代以及辐射源的挖掘，太赫兹技术也得到迅猛发展。目前，国、
2太赫兹时域光谱技术9内外研究对于太赫兹产生方法主要设计分为两种：一种是光电导天线法，另外一种是光整流法。(1)光电导天线法产生太赫兹太赫兹辐射的产生是通过由光导发射器组成的一小块半导体晶体，通常选用砷化镓（GaAs）或者磷化铟（InP）。晶体的两个平面金属电极形成天线，能够支撑大电场在其表面发生光电效应（见图2-2）。当100fs的超快光脉冲(通常从钛蓝宝石激光器发出的波长为800nm)集中在电极之间时，产生电子空穴对形式的载流子，这些载流子发生瞬变过程中，向外界辐射出小于500fs的太赫兹脉冲。图2-2光电导天线法示意图Figure2-2Theschematicdiagramofphotoconductiveantenna对于太赫兹脉冲而言，利用电流涌流模型也就是（2-1）能够计算得到其辐射强度。一旦光电导天线被飞秒激光所照射，辐射ET-in就会随之而产生，强度和光电流J(t)与这一天线所用材质的介电常数有着密切的联系，如（2-2）所示。T-in()=1+√()(2-1)()()()()bT-inb11JtEEE=++=++(2-2)其中表示的是空气的波阻抗，表示的是光电导天线电导率，Eb表示的是天线两端偏置电压，表示的是光电导天线的相对介电常数。太赫兹辐射的远场模型可以描述如下：far_field()=402()(2-3)其中A表示的是光电导天线被飞秒激光照射时所对应的截面积，r表示的是天线与观测点之间的间距，c表示的是光速。那么对Drude-Lorentz模型天线电导率而言，可用下式来表示其时域特性：()=(0)∫1√(22)∞(2-4)
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用太赫兹光谱检测萘啶酸的同质多晶[J]. 肖田田,张卓勇,郭长彬,王果,廖奕. 光谱学与光谱分析. 2019(01)
[2]环状烯烃聚合物基底材料的太赫兹复介电常数和损耗特性研究[J]. 巩辰,左剑,张存林. 光谱学与光谱分析. 2018(10)
[3]基于法向修正的双边滤波点云去噪处理[J]. 卢钰仁,张明路,吕晓玲,田颖. 仪表技术与传感器. 2018(07)
[4]基于双边滤波与离散余弦变换的NLM去噪算法[J]. 张业宏,陈恩平,么跃轩,刘宝华. 燕山大学学报. 2018(03)
[5]黑索金太赫兹吸收光谱仿真与形成机理的研究[J]. 蔚旋,王高,祁乐融,韩刚,刘晓东. 中北大学学报(自然科学版). 2017(06)
[6]基于太赫兹时域光谱技术的光学参数提取方法的研究进展[J]. 韩晓惠,张瑾,杨晔,马宇婷,常天英,崔洪亮. 光谱学与光谱分析. 2016(11)
[7]基于太赫兹光谱技术的TNT炸药检测试验研究[J]. 刘晓东,祁乐融,张志杰,王高. 中北大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]缺血大鼠脑组织的太赫兹波吸收特性研究[J]. 张章,孟坤,朱礼国,陈图南,李泽仁,冯华,凌福日,姚建铨. 激光技术. 2016(03)
[9]太赫兹光谱技术应用于毒品与炸药的检测[J]. 何明霞,张凯,赖慧彬,刘悦. 警察技术. 2016(03)
[10]芳香族化合物的太赫兹频段动力学及定量分析[J]. 田璐,赵昆,尼浩,苗青. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(10)
博士论文
[1]基于宽频太赫兹光谱和化学计量学的食用油脂鉴别及掺假检测研究[D]. 殷明.中国矿业大学 2017
[2]太赫兹时域光谱技术在转基因物质检测上的识别方法研究[D]. 刘建军.西安电子科技大学 2015
[3]太赫兹时域光谱及其成像检测技术研究[D]. 陈锡爱.浙江大学 2012
[4]基于几何代数的太赫兹时域光谱信号分析及物质识别方法研究[D]. 李静.西安电子科技大学 2012
[5]基于太赫兹时域光谱技术的农药定性和定量分析[D]. 花月芳.浙江大学 2010
[6]基于太赫兹技术的多相流检测研究[D]. 刘亦安.浙江大学 2010
[7]基于太赫兹时域光谱技术的生物分子和农药分子的检测技术研究[D]. 颜志刚.浙江大学 2008
[8]基于太赫兹时域光谱的生物分子检测技术研究[D]. 张同军.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于太赫兹时域光谱的检测技术研究[D]. 周志龙.中国计量大学 2016
[2]基于概率神经网络的变压器局部放电模式识别研究[D]. 周沙.江苏大学 2016
[3]基于色谱数据拆分法的变压器混合型故障缺陷诊断研究[D]. 郑长富.长春工业大学 2015
[4]基于GA-SVM的区域物流需求预测研究[D]. 阮俊虎.河北工程大学 2010
[5]基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断研究[D]. 任丰瑞.西安理工大学 2009
[6]核苷等生物分子的太赫兹时域光谱研究[D]. 马晓菁.石河子大学 2008
[7]电力变压器内部故障诊断的特征气体法及其应用研究[D]. 包中福.重庆大学 2004
[8]基于油色谱分析的变压器绝缘状态检测技术研究[D]. 张广春.西南交通大学 2003
本文编号：3442829
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文组织结构与章节安排Figure1-1Organizationandchaptersdistributionofthedissertation
博士学位论文82太赫兹时域光谱技术2TerahertzTime-DomainSpectroscopyTechnology2.1太赫兹技术原理（FundamentalTheoryofTerahertzTechnology）太赫兹光谱指的是0.1～10THz的电磁辐射波。频率方面，太赫兹波是存在于毫米波和红外线之间；能量方面，太赫兹光波位于电子和光子之间。作为电磁辐射波的一种，太赫兹光是在电磁波谱上波长介于红外电磁波与微波之间的电磁波，波长大于30um小于3mm，属于在宏观电子学过渡至微观光子学的期间。图2-1对太赫兹对应的电磁波谱进行了展示。考虑到以前探测技术不够灵敏、辐射源不够有效，长时间以来都未对太赫兹波段展开深入探究[67]。从近二十年来看，半导体器件以及光电技术取得了较快的发展，探究太赫兹技术也有了较为成熟的条件，更为有效的辐射源也应运而生，在此基础上研发了太赫兹光谱系统，并开始了大量的应用研究，特别是太赫兹图像与太赫兹时域光谱这两种技术[68],[69],[70],[71],[72],[73]。考虑到太赫兹光谱涵盖了非常多的物质的结构、物理以及化学信息，所以在材料分析[74],[75][76]、生物医药的检测[74],[75][76],[77],[78],[79],[80],[81]、石油化工的分析[82]等诸多领域取得了广泛应用。图2-1电磁波谱及太赫兹频段示意图Figure2-1Theschematicdiagramofelectromagneticandterahertzspectrum2.1.1太赫兹波的产生太赫兹波是通过大功率激光激发辐射源使得光子跃迁而产生。在太赫兹光波产生的过程中，太赫兹辐射源占据着核心地位，对于发展太赫兹技术来说是非常关键的，太赫兹时域光谱的各大技术指标便是取决于此。自上世纪末，随着半导体材料的更新迭代以及辐射源的挖掘，太赫兹技术也得到迅猛发展。目前，国、
2太赫兹时域光谱技术9内外研究对于太赫兹产生方法主要设计分为两种：一种是光电导天线法，另外一种是光整流法。(1)光电导天线法产生太赫兹太赫兹辐射的产生是通过由光导发射器组成的一小块半导体晶体，通常选用砷化镓（GaAs）或者磷化铟（InP）。晶体的两个平面金属电极形成天线，能够支撑大电场在其表面发生光电效应（见图2-2）。当100fs的超快光脉冲(通常从钛蓝宝石激光器发出的波长为800nm)集中在电极之间时，产生电子空穴对形式的载流子，这些载流子发生瞬变过程中，向外界辐射出小于500fs的太赫兹脉冲。图2-2光电导天线法示意图Figure2-2Theschematicdiagramofphotoconductiveantenna对于太赫兹脉冲而言，利用电流涌流模型也就是（2-1）能够计算得到其辐射强度。一旦光电导天线被飞秒激光所照射，辐射ET-in就会随之而产生，强度和光电流J(t)与这一天线所用材质的介电常数有着密切的联系，如（2-2）所示。T-in()=1+√()(2-1)()()()()bT-inb11JtEEE=++=++(2-2)其中表示的是空气的波阻抗，表示的是光电导天线电导率，Eb表示的是天线两端偏置电压，表示的是光电导天线的相对介电常数。太赫兹辐射的远场模型可以描述如下：far_field()=402()(2-3)其中A表示的是光电导天线被飞秒激光照射时所对应的截面积，r表示的是天线与观测点之间的间距，c表示的是光速。那么对Drude-Lorentz模型天线电导率而言，可用下式来表示其时域特性：()=(0)∫1√(22)∞(2-4)
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用太赫兹光谱检测萘啶酸的同质多晶[J]. 肖田田,张卓勇,郭长彬,王果,廖奕. 光谱学与光谱分析. 2019(01)
[2]环状烯烃聚合物基底材料的太赫兹复介电常数和损耗特性研究[J]. 巩辰,左剑,张存林. 光谱学与光谱分析. 2018(10)
[3]基于法向修正的双边滤波点云去噪处理[J]. 卢钰仁,张明路,吕晓玲,田颖. 仪表技术与传感器. 2018(07)
[4]基于双边滤波与离散余弦变换的NLM去噪算法[J]. 张业宏,陈恩平,么跃轩,刘宝华. 燕山大学学报. 2018(03)
[5]黑索金太赫兹吸收光谱仿真与形成机理的研究[J]. 蔚旋,王高,祁乐融,韩刚,刘晓东. 中北大学学报(自然科学版). 2017(06)
[6]基于太赫兹时域光谱技术的光学参数提取方法的研究进展[J]. 韩晓惠,张瑾,杨晔,马宇婷,常天英,崔洪亮. 光谱学与光谱分析. 2016(11)
[7]基于太赫兹光谱技术的TNT炸药检测试验研究[J]. 刘晓东,祁乐融,张志杰,王高. 中北大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]缺血大鼠脑组织的太赫兹波吸收特性研究[J]. 张章,孟坤,朱礼国,陈图南,李泽仁,冯华,凌福日,姚建铨. 激光技术. 2016(03)
[9]太赫兹光谱技术应用于毒品与炸药的检测[J]. 何明霞,张凯,赖慧彬,刘悦. 警察技术. 2016(03)
[10]芳香族化合物的太赫兹频段动力学及定量分析[J]. 田璐,赵昆,尼浩,苗青. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(10)
博士论文
[1]基于宽频太赫兹光谱和化学计量学的食用油脂鉴别及掺假检测研究[D]. 殷明.中国矿业大学 2017
[2]太赫兹时域光谱技术在转基因物质检测上的识别方法研究[D]. 刘建军.西安电子科技大学 2015
[3]太赫兹时域光谱及其成像检测技术研究[D]. 陈锡爱.浙江大学 2012
[4]基于几何代数的太赫兹时域光谱信号分析及物质识别方法研究[D]. 李静.西安电子科技大学 2012
[5]基于太赫兹时域光谱技术的农药定性和定量分析[D]. 花月芳.浙江大学 2010
[6]基于太赫兹技术的多相流检测研究[D]. 刘亦安.浙江大学 2010
[7]基于太赫兹时域光谱技术的生物分子和农药分子的检测技术研究[D]. 颜志刚.浙江大学 2008
[8]基于太赫兹时域光谱的生物分子检测技术研究[D]. 张同军.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于太赫兹时域光谱的检测技术研究[D]. 周志龙.中国计量大学 2016
[2]基于概率神经网络的变压器局部放电模式识别研究[D]. 周沙.江苏大学 2016
[3]基于色谱数据拆分法的变压器混合型故障缺陷诊断研究[D]. 郑长富.长春工业大学 2015
[4]基于GA-SVM的区域物流需求预测研究[D]. 阮俊虎.河北工程大学 2010
[5]基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断研究[D]. 任丰瑞.西安理工大学 2009
[6]核苷等生物分子的太赫兹时域光谱研究[D]. 马晓菁.石河子大学 2008
[7]电力变压器内部故障诊断的特征气体法及其应用研究[D]. 包中福.重庆大学 2004
[8]基于油色谱分析的变压器绝缘状态检测技术研究[D]. 张广春.西南交通大学 2003
本文编号：3442829
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