采用修正Cole-Cole模型提取油纸绝缘频域介电谱的特征参量方法

为了定量描述变压器油纸绝缘频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)随温度、水分、老化程度等绝缘状态的变化关系,引入了修正Cole-Cole模型研究油纸绝缘的FDS特性,提出采用该模型参量作为油纸绝缘FDS的特征参量,以反映其绝缘性能,并给出了模型的初始值设定方法及优化目标函数。在不同温度下采用三电极测量了油纸绝缘试品的频域介电谱特性,提取了模型的参量并分析其变化规律。结果表明,在10-3～103 Hz频率范围,可以采用单弛豫时间常数的修正Cole-Cole模型来描述油纸绝缘的频域介电谱,该模型将频域介电响应分解为弛豫、直流电导和跳跃电导3个分量的叠加。温度主要影响弛豫分量和直流电导分量,且上述两个分量所对应的时间常量τ和直流电导率σdc随温度变化满足Arrhenius方程。

油纸绝缘频域介电谱的修正Cole-Cole模型特征参量提取及水分含量评估方法

为了应用频域介电谱技术实现变压器油纸绝缘水分含量的定量评估,在实验室中制备了不同水分含量的油纸绝缘样品,分析了水分含量对样品介电特性的影响规律,同时引入修正Cole-Cole模型提取了油纸绝缘频域介电特征参量,研究了水分含量对这些特征参量的影响规律。结果表明,水分含量的变化会对油浸绝缘纸板样品的频域介电特性产生较大影响,采用修正Cole-Cole模型提取的频域介电特征参量中,?弛豫时间常数??及直流电导率?dc会随着油浸绝缘纸板水分含量的增加分别明显变小和增大;对参量水分含量m.c.的初步拟合显示,??和?dc与m.c之间分别呈现指数和线性关系,可考虑作为定量评估油纸绝缘水分含量的特征参量。

多频电阻抗扫描的Cole-Cole模型分析

目的研究适合于多频电阻抗扫描测量数据的分析方法,为深入研究电阻抗扫描技术打下基础。方法根据传统的阻抗形式Cole-Cole模型经验公式,推导出与电阻抗扫描测量结果匹配的导纳形式Cole-Cole公式。依据最小二乘原理,估计导纳形式Cole-Cole模型的各个参数。结果人体实测数据的导纳形式Cole-Cole轨迹图与最小二乘估计圆弧吻合良好。同一电极阵列上的测量数据可以按照电极位置生成导纳形式Cole-Cole模型4个参数的三维分布图。结论导纳形式Cole-Cole轨迹图能清晰地反映不同电极处的传输导纳随激励频率改变而引起的差异。导纳形式Cole-Cole模型的参数分布图,可从不同的物理含义上解释多频电阻抗扫描测量的结果。两者都有助于准确诊断疾病。

基于修正Cole-Cole模型的氧化锌压敏电阻老化状态评估

为了将频域介电响应法(FDS)用于氧化锌压敏电阻老化状态的无损检测,在实验室环境下对氧化锌压敏电阻进行冲击老化试验,测量其介电频谱,并引入了带直流电导的多驰豫Cole-Cole模型拟合分析氧化锌压敏电阻的介电频谱。通过双驰豫Cole-Cole模型拟合常温下的介电谱发现,其中存在α驰豫过程和β驰豫过程,其对应的活化能约为0.68 eV和0.34 eV,对应着非本征晶间相缺陷驰豫和本征氧空位缺陷驰豫,α驰豫强度Δε_α随冲击次数的增加而增强,而β驰豫过程不受冲击老化的影响;在拟合高温下(393 K)的介电频谱时新发现γ驰豫过程,其活化能约为0.73 eV,对应着非本征晶界面缺陷驰豫,随着老化程度的加深,驰豫强度Δε_γ、形状参数γ增大,驰豫时间τ_γ和活化能减小;直流电导σDC随着冲击次数的增加而变大,其对应的活化能约为0.72 eV,随着冲击次数的增加而减小。因此,可通过修正的多驰豫Cole-Cole模型参数σ——(DC)、Δε_α、Δε_γ、τ_γ、γ和直流电导活化能、γ驰豫活化能综合评估氧化锌压敏电阻的老化状态。

基于cole-cole复电阻率模型的线源可控源有限元数值模拟

受激发极化效应的影响,大地中岩(矿)石电阻率是一个与频率、电化学性质等因素有关的复电阻率。接收到的电磁场信号中,包含了电磁感应效应以及激发极化效应双重因素的影响。将cole-cole复电阻率模型引入二维线源可控源正演理论,加载伪delta函数,实现了含激发极化效应的线源可控源有限元数值模拟。计算了不同极化参数的二维地质体线源可控源的影响特征。结果表明:线源可控源响应对IP效应反映明显,视电阻率出现增高的特征;低阻高极化相对于高阻高极化模型受IP效应影响更大,从低阻中提取IP效应更加乐观。该研究为实现从复杂地质条件下CSAMT信号提取IP效应奠定了基础。

大鼠红细胞悬浮液阻抗谱Cole-Cole数学模型分析

目的建立大鼠红细胞阻抗谱的两项式Cole-Cole数学模型分析方法及其模型参数,探讨红细胞阻抗谱的β散射和δ散射来源。方法在0.01~100 MHz范围,使用Agilent4294A阻抗分析仪对红细胞悬浮液进行阻抗测量,并利用Cole-Cole方程的非线性数值计算,对Bode图和Nyquist图进行了曲线拟合的残差分析,建立大鼠红细胞Cole-Cole数学模型参数。结果大鼠红细胞阻抗谱的Cole-Cole数学模型参数：高频阻抗极限值R∞=63/Ωcm;第一弛豫阻抗增量ΔR1=59/Ωcm,第一特征频率fC1=2.4 MHz,第一弛豫散射角α1=0.07,第二弛豫阻抗增量ΔR2=48/Ωcm,第二特征频率fC2=370 MHz,第二弛豫散射角α2=0.22。结论两项式Cole-Cole数学模型可以表征大鼠红细胞阻抗频谱的β和δ弛豫行为。β散射由细胞膜的容性响应构成,δ散射来源于细胞内血红蛋白的频率响应。

尾吊大鼠血液细胞电阻抗谱的Cole-Cole模型分析

目的利用Cole-Cole数学模型研究尾吊大鼠血液细胞电阻抗频谱的变化。方法通过非线性数值计算,对血液细胞的Bode图,Nyquist图和Nichols图进行Cole-Cole方程的曲线拟合,比较对照组(Con)与尾吊组(SUS)Cole-Cole模型参数。结果尾吊60 d大鼠血液细胞电阻抗频谱Cole-Cole模型参数变化显示:阻抗高频极限值(R∞)和阻抗增量(ΔR1,ΔR2)减小;特征频率(fC1,fC2)和β驰豫散射角(α1,α2)增加。结论可以通过Cole-Cole数学方程参数表达尾吊大鼠血液细胞电阻抗频谱特性变化。

基于修正四阶Cole-Cole模型的太赫兹波段生物组织介电特性估算方法探索

为了获得生物组织在太赫兹波段的相对介电常数和电导率,在四阶Cole-Cole模型基础上进行修正,使修正后的模型不仅能描述生物组织在10 Hz^100 GHz频段的介电特性,还能描述生物组织在太赫兹波段的介电特性。在四阶Cole-Cole模型上新增了一项ωk/i,对正常皮肤组织在10 Hz^20 GHz和0.15~1.95 THz频段的介电特性的实验数据按照文献方法进行处理,提取四阶Cole-Cole修正模型的参数。在10 Hz^100 GHz频段内,原有模型和修正模型计算值的相对误差在5%以内,并且在太赫兹波段正常皮肤组织修正模型的相对介电常数和电导率的计算值与实验数据的相对误差基本在10%以内,结果验证了四阶Cole-Cole修正模型的正确性。将该修正模型应用在脑白质和脑灰质太赫兹波段的介电特性的计算中,得到脑白质和脑灰质在0.15~1.95 THz频段的相对介电常数和电导率。所提出的四阶Cole-Cole修正模型还可以对其他生物组织在太赫兹波段的介电特性进行预测。

人血液介电谱Cole-Cole数学模型的解析

通过Cole-Cole方程的数值计算,对人血液介电谱实验数据进行曲线拟合的残差分析,建立人血液Cole-Cole数学模型参数。在104～108 Hz频率范围,使用Agilent 4294A阻抗分析仪测量30人70例全血导纳,并利用Cole-Cole方程的非线性数值计算,对实测数据进行曲线拟合,计算曲线拟合的残差数值。人血液介电谱的Cole-Cole数学模型参数:高频极限介电常数εh=45±5;第一弛豫介电增量Δε1=6 200±350、第一特征频率fC1=(500±5)kHz、第一弛豫分布系数β1=0.86±0.06、第二弛豫介电增量Δε2=990±310、第二特征频率fC2=(2.7±0.1)MHz、第二弛豫分布系数β2=0.975±0.015、低频极限电导率κl=(4.15±0.85)mS/cm。人血液细胞介电行为可以通过介电频谱、Cole-Cole图、介电损耗因子频谱、电导率虚部频谱及损耗角正切频谱等5个频谱进行表征,建立Cole-Cole模型参数。

一种处理Cole-Cole色散媒质的FDTD改进方案

对柯尔-柯尔(Cole-Cole)色散媒质的时域有限差分(FDTD)方案尝试给出改进:(1)保留了Cole-Cole经验公式中的静态电导率项;(2)扩展到三维情形;(3)人体乳房组织的模型参数源于实验测量.数值算例结果初步证实改进方案的可行性和有效性.改进方案适用于模拟更一般柯尔-柯尔色散媒质中的电波传播.

利用Cole-Cole模型组合得到SIP真参数的联合频谱最优化反演

利用Cole-Cole模型组合和稀释系数理论,可以描述测量得到的视复电阻率频谱与地下多个电性体SIP真参数之间的正演关系。本文利用此正演关系进行反演试算,并比较了几种Cole-Cole模型反演方案的效果;提出固定极化目标体和围岩体的极化率同时反演其它各SIP真参数的反演方案。结果表明在固定极化率为真值时,利用此反演方案可以稳定、准确、快速地得出地下电性体SIP真参数。

两种复合Cole-Cole模型的频谱差异研究与分析

对两种在频率域激发极化法中广泛采用的复Cole-Cole模型复电阻率频谱进行了理论对比分析.在参数取值相同时,二者复电阻率幅值和相位频谱存在较大差异;在同类参数变化量相同的情况下,两种模型复电阻率的幅值和相位变化量的频谱也不相同,相位变化量的差异大于幅值变化量的差异;不同的参数增加或减少时,对变化量的影响也不一样.研究揭示了在进行反演时因为两种模型选择上的不同,对反演结果造成差异的原因,为更深入研究激发极化效应机理,探究一种统一准确的极化模型提供了理论基础.

频谱激电法中Cole-Cole模型频谱特性分析

在电法勘探中为了更好的校正电磁耦合和评价激电异常,一些学者提出了频谱激电法。这种方法是用极化体复电阻率Co le-Co le模型参数值来识别极化体性质,使对极化体的评价从定性发展到定量,大大提高了评价异常的准确性。本文介绍了频谱激电法的基本原理,并对频谱激电法中Co le-Co le模型频谱参数进行简单的分析。

时域激电数据的Cole-Cole模型参数反演与应用

Cole-Cole模型的频谱参数可以用于区分引起激电异常的极化体和寻找深部矿(化)体。Cole-Cole模型参数以往由频谱激电数据求得,但它需要观测多个数据,野外工作效率低,而时间域数据的使用却是十分普遍。据此,提出了一种基于时间域激电数据的Cole-Cole模型参数的最小二乘反演方法。该方法根据频谱激电和时间域激电可以相互转换的理论,在时间域激电中,用几个不同延时段的视充电率计算出Cole-Cole模型参数。实例表明:利用Cole-Cole模型参数极大地丰富了时间域激发极化法的有效信息,可以区分一些常规激电法所不能区分的异常体,提高了时间域激电勘探能力。

不同类型构造煤Cole-Cole模型反演及其激电机理

构造煤结构复杂且不同类型构造煤显现出不同特征,为研究构造煤复电阻特征,采取同一矿区不同类型构造煤(碎裂煤、碎粒煤、碎粉煤、碎斑煤、鳞片煤、糜棱煤)以及原生结构煤,在不破坏其结构的情况下,常温常压状态下使用IM3533-01型LCR阻抗测量仪设备测量0.1~105 Hz内煤样的复电阻,在频率域内基于Cole-Ccole模型将反演参数与构造煤结构建立联系,主要研究单个样品各向异性对比与不同类型样品之间特征对比。研究表明:无论原生结构煤还是构造煤都发生由激发极化引起的强烈频散现象以及由结构引起的复电阻差异;并且在复电阻各向异性对比中发现原生结构煤、碎裂煤具有各向异性,其余各向异性不明显,但也有构造煤样品存在单方向优势裂隙从而导致各向异性特征显现。在不同类型样品间对照试验发现,原生结构煤和构造煤各类型在复电阻虚部与实部以及零频电阻Z(0)、时间常数τ值表现出明显差异,原生结构煤Z(0)几乎为构造煤平均值的1400倍,原生结构煤τ几乎为构造煤平均值的320倍;在构造煤序列中Z(0)与τ表现为(糜棱煤>碎斑煤>碎裂煤>碎粒煤>碎粉煤>鳞片煤),其中鳞片煤电阻极低;分析得出是由于层理性、致密程度、裂隙、煤结构演化、粒度大小等因素共同作用的结果,影响因素的权重在特定情况下不同,并提出煤结构复电阻导电性以及频散模型解释这一现象的机理。从而为煤层气勘探和瓦斯突出预测与评价这类学科领域亟待解决的关键科学问题及技术提供借鉴。

Cole-Cole模型参数在时间域激电找矿中的应用

常规的时间域激电法获得参数较少,仅有电阻率和极化率两个参数,这使得激电异常往往难以准确解译,具体体现在矿体解译信息量较少和探测分辨率差上,特别是在极化率或电阻率数值接近的一些共生及伴生的矿产勘探中,如炭质灰岩、黄铁矿和褐铁矿共生的一些矿山。为了丰富矿体地质信息,提高对矿体的认识,减少误判和漏判,文中利用激电效应的时间响应可用Cole-Cole模型来描述的特征,通过阻尼最小二乘法实现时间响应与时间域Cole-Cole模型的最佳拟合,从而获得多种Cole-Cole模型参数。实际应用证明,该方法经济、有效,可通过多种物理参数综合解释,实现对激电异常更全面的认识和正确的推断解释,同时提高了时间域激电在深部找矿中的分辨率。

焦石坝地区页岩Cole-Cole模型参数的快速计算方法

利用不同频率的电源下测量的岩心复电阻率,计算Cole-Cole模型中的4个模型参数(ρ0、m、τ和c),是岩心复电阻率频谱实验中重要的非线性寻优问题。然而,在焦石坝地区,参数τ很小,参数c变化范围大,使得最小二乘法寻优程序难以收敛。针对该问题,对寻优程序的初始值预估算法和最优迭代步长进行了研究。改进后的最小二乘法寻优程序,收敛速度明显加快,并且很好地避免了原有程序中参数τ值超出定义域而产生的计算错误的问题。研究表明,根据Cole-Cole模型函数的极值性质和渐近性质,可以直接求解参数τ,并且可以得出其余3个模型参数很好的迭代初始值。此外,将最小二乘法误差函数的梯度计算公式展开为泰勒级数,可以获得最优迭代步长,大幅提高算法收敛速度。

大型发电机主绝缘的Cole-Cole模型频域介电温度特性研究

为研究温度对发电机环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响,在实验室条件下,测试了不同温度下发电机线棒试样的频域介电响应,采用双弛豫Cole-Cole模型对测量数据进行拟合,分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响原因。结果表明,双弛豫Cole-Cole模型能够准确拟合测试值,温度升高会加强空间电荷极化和转向极化,使复介电常数实部ε'和虚部ε″的频谱曲线整体上移,低频段增大幅度高于高频段;同时温度升高会减小介质的松弛极化时间,使频谱曲线向高频方向移动。因此在应用介电响应法评估环氧云母绝缘老化状态时,必须考虑温度的影响。

基于Cole-Cole模型评价纳米二氧化钛的细胞毒性作用

利用Cole-Cole模型评价不同剂量纳米二氧化钛(Nano-TiO_2)的细胞毒性作用,并探讨电生理机制。150和300 mg/L的Nano-TiO_2悬液作用人胃癌MGC803细胞24 h后,制备成细胞悬浮液。在1 k Hz^100 MHz范围,采用Agilent 4294A精密阻抗分析仪测量了人胃癌MGC803细胞悬浮液电阻抗的幅值和相位角,经电阻抗频谱和Nyquist图的曲线拟合的残差分析,建立Cole-Cole模型参数,评估Nano-TiO_2对MGC803细胞导电性能的影响。结果表明,150和300 mg/L的Nano-TiO_2引起第一电阻抗增量(ΔZ1)分别减少18.18%(P<0.001)和39.39%(P<0.001),第二电阻抗增量(ΔZ2)分别减少6.56%(P<0.001)、8.2%(P<0.001),降低了MGC803细胞膜及其核膜的电阻,增加了其导电性能;第一特征频率(fC1)分别增加19.74%(P<0.001)和29.67%(P<0.001),第二特征频率(fC2)分别增加6.28%(P<0.001)、23.43%(P<0.001);第一散射角(β1)分别降低1.35%(P>0.05)和2.70%(P<0.05)。ColeCole模型可评价Nano-TiO_2的细胞毒性作用并解释其电生理机制,为纳米颗粒的细胞毒理研究提供一种电特性方法。

基于激电数据的Cole-Cole模型频谱参数反演

Cole-Cole模型是频谱激电的一个重要模型,其参数可以区分引起激电异常的极化体和寻找深部矿(化)体。目前时间域激发极化法通常只利用视电阻率和视极化率(或某一个视充电率)数据对勘探目标进行解释,而忽视了其它视充电率数据,造成资源浪费。为充分利用时间域激电数据,提出一种Cole-Cole模型参数反演方法。该方法只需要3个以上视充电率,简单易行,不会明显增加野外的工作量,为时域激电勘探提供更为丰富的信息。算例表明,这种方法反演精度较高,结果可靠。同时,本文在不同的仪器之间分别采集了时域和频率域的激电实验数据,通过对时域和频率域Cole-Cole模型频谱参数反演的对比计算,验证了该方法的可靠性。