电流、电位时域谱在绝缘介质介电特性表征中的应用研究综述

随着人类社会对电力系统安全性与稳定性需求的不断提高,以及近年来我国能源、国防等领域的飞速发展和进步,提高绝缘介质以及新型电工材料的介电性能和绝缘可靠性的需求也在与日俱增。准确评估绝缘的介电性能和老化状态是保障绝缘结构长期稳定运行的前提,同时对新型电工材料的研发也具有一定的指导意义。该文综述了时域介电谱中的电流时域谱和电位时域谱在绝缘介质介电特性表征和绝缘状态诊断中的应用,详细阐述极化去极化电流谱、等温松弛电流谱、热刺激电流谱和交流时域谱以及表面电位衰减谱和回复电压谱的基本测量原理和分析方法,指出当前时域介电谱在应用中存在的局限性,并展望多种测试技术的联合应用将是实现对电介质介电特性全面表征的有效途径。

基于脱陷电流时域谱的变压器油纸绝缘老化特性研究

变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,准确评估变压器油纸绝缘的绝缘状态至关重要。本文制备了变压器油纸绝缘等效模型,并在不同温度下对老化变压器油纸绝缘等效模型的极化去极化电流进行测试,同时计算得到相应测试温度下油纸绝缘脱陷电流曲线。根据计算结果发现,测试温度越高,脱陷电流的松弛时间越小;随着测试温度升高、油纸绝缘老化程度增加,脱陷电流的时域介电谱曲线峰值出现的时间变大,其主松弛峰值、松弛时间常数也逐渐增大。为合理计算变压器油纸绝缘老化程度,本文建立了脱陷电流时域介电谱主峰值松弛时间与油纸绝缘聚合度的定量表征关系,可准确评估变压器油纸绝缘内绝缘的老化程度。

太赫兹时域谱技术快速定性检测奶粉中的三聚氰胺

采用太赫兹时域谱（THz-TDS）技术测量了奶粉中三聚氰胺在0.2-1.8 THz频段的吸收谱和折射率谱,同时运用密度泛函理论（DFT）计算了三聚氰胺在太赫兹波段的振动频率,并据此对实验光谱吸收峰进行了指认,计算结果与实验光谱特征峰很好吻合.表明太赫兹时域谱技术对快速测定识别奶粉中三聚氰胺成分具有良好前景.

植物油的太赫兹时域谱分析

利用太赫兹（THz）时域谱技术测量了山茶油、麻油、橄榄油在0.3～1.5 THz范围内的THz波时域谱,使用迭代算法来计算分析三种植物油的折射率、吸收系数等重要的光学参数。结果表明三种植物油的吸收系数在此波段存在显著差异,三种植物油的平均折射率分别为1.458,1.468和1.452,植物油的折射率随着频率的增加而逐渐减小。该研究成果对于太赫兹时域光谱技术应用于不同的植物油成分及质量评价具有重要意义。

基于近场时域谱的紧缩场口径优化设计

根据口径近场的时域谱，可以在全频段评估口径的绕射特征，从而建立紧缩场口径设计的一般准则。在X波段8～12GHz，计算了几种限度为5m×5m口径的近场时域谱。计算结果表明，在紧缩场设计中，为降低边缘绕射场电平，方口径优于圆口径，理想多项式锥削优于余弦锥削和均匀分布。提出两种工程化的边齿设计方法，在口径场均匀分布条件下，近场时域干扰谱分量均低于-25dB。口径近场计算均采用口径场卷积法。

利用THz时域谱技术和支持向量机回归法快速测定食用油的过氧化值和酸价

采用THz时域谱技术得到30个食用油样本的吸收谱,随机分为训练集和预测集,利用支持向量回归算法和标准方法测得的参考含量在训练集上建立了食用油酸价和过氧化值的预测模型,并应用此模型对预测集样本进行预测。结果表明该模型对食用油预测的相关系数较传统PLS方法对比更为精确。

时域谱元法的质量特性模型及其构建方法

研究了构建时域谱单元质量特性模型的数学机制,针对时域切比雪夫谱单元和勒让德谱单元建立了一种直接导出谱单元一致质量矩阵和集中质量矩阵的统一数学方法,对比分析两种谱单元质量特性模型的特征,并从物理角度探讨了谱单元质量特性模型的合理性.研究表明,数值积分点与谱单元节点选取是否一致是决定时域谱单元形成一致质量模型或集中质量模型的根本原因,当采用高斯-勒让德积分计算谱单元质量模型时将导出一致质量矩阵,而采用高斯-洛巴托积分则导出集中质量矩阵.而集中质量模型更具有物理合理性,两种谱单元质量特性模型优劣相当,均可取得很好的动力问题分析结果.

太赫兹时域谱技术的爆炸物探测应用

近年来,爆炸恐怖袭击事件的不断发生使得爆炸物探测成为安防工作的重要任务,同时也对爆炸物探测技术提出了更高的要求。由于炸药在太赫兹频段具有特征谱性质,因此通过太赫兹时域谱技术来探测炸药成为一项极具潜力的探测方法。本文分析了太赫兹时域光谱系统的实验装置,并对两种炸药(DNAN,DNMT)的特征吸收谱进行了测量,并且确定了它们的吸收峰位置。

基于时域谱单元的三维压电耦合结构波传播分析

针对压电元件在结构健康监测领域的广泛应用,推导了一种三维压电耦合时域谱单元。考虑压电元件用作驱动器与传感器时两种不同的工况,分别用该谱单元方法和传统有限元法计算了弹性导波在压电耦合结构中的传播行为,以验证该方法的精度和效率;进一步开展了结构弹性波传播实验,实验验证了该方法的有效性。结果表明:相较于传统有限元法,在波传播问题中,谱单元方法能够大大降低计算规模,提高运算速度;在模拟弹性导波的A0模式时,谱单元方法能够快速收敛到精确解;与实验结果的比较进一步验证了该方法在三维压电耦合结构波传播问题模拟中的有效性。

基于时域谱线特征量的变压器油纸绝缘诊断

针对应用介电响应理论评估油纸绝缘老化状态存在的不足,提出一种新的变压器油纸绝缘诊断方法。对变压器的回复电压微分谱线进行解谱,分析时域微分子谱线的数量和弛豫时间常数比Kτ与绝缘老化状态间的关系,从而实现变压器油纸绝缘状态诊断。对多台变压器的测试数据进行统计和分析,得出结论:回复电压时域微分谱线的子谱线数随绝缘状态发生改变,油纸绝缘老化越严重,分解的子谱线数量越多;Kτ能准确判断绝缘油相对于绝缘纸的老化状态。

新型时域谱微机激电仪的研制开发

以测量激发极化二次场时域谱为基础，研制开发出以单片微型计算机为中央处理单元（ＣＰＵ）的新型激电仪。实现了双系列激电参数提取。

利用太赫兹反射式时域光谱系统测量有机溶剂的光学参数

采用太赫兹反射式时域光谱系统,测量了包括正己烷、液状石蜡、无水酒精和水在内的四种有机溶剂的反射式时域光谱,并根据实验模型设计了两种计算方法提取液体样品的光学参数。此外,还将反射算法得到的样品光学参数与透射算法的结果进行比较,验证了反射式系统对应算法结果的正确性,解决了透射系统无法准确测量和提取对太赫兹吸收很强的样品的光学参数的难题。

基于太赫兹时域谱烟支湿度密度检测的实验研究

卷烟湿度及密度是衡量烟支品质的重要物理指标,适当的湿度和密度不仅可以提高烟支质量,而且可以降低残品率。以检测烟支湿度及密度为目的,利用时域谱(TDS)实验系统采集密度相同但湿度不同的3组烟支样品(每组11个样品)及湿度相同但密度不同的2组烟支样品(每组14个样品)的太赫兹时域波谱,建立了基于峰值衰减量ln E的湿度计算模型和烟支密度与太赫兹时域谱峰值的数学表达式。结果表明,利用湿度模型计算的结果与传统烘干称重法比较,在湿度20%以下两者的绝对误差小于2.5%;烟支密度与太赫兹时域谱峰值相关且相关系数约为0.9639。说明基于太赫兹时域谱的烟支湿度密度检测不但可行而且具有较高精度。

基于反射式太赫兹时域谱的水太赫兹光学参数测量与误差分析

利用垂直反射式太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术测量了水的THz光学参数并对测量误差进行了分析。测量过程中,把高阻Si片的空气-Si表面作为参考信号,Si-水表面最为样品信号,通过两者之比的传输函数计算得到了水的THz折射率和吸收率,然后应用误差传播理论分析这些光学参数的误差。结果发现,折射率和吸收率误差中,由多次测量引入的随机误差在0.1-1.1THz范围内基本不变,而在接近0.1THz和1.1THz处误差变大,即呈现U型分布。这表明,在接近0.1THz和1.1THz时,THz-TDS仪器的测量灵敏度下降;由高阻Si片厚度和Si折射率误差引入的误差比THz-TDS多次测量引入的随机误差大得多,在0.1-1.1THz范围对应的水折射率误差分布较均匀,而对应水的吸收率误差随着频率的增加而增大。本文的方法同样适用于类似的垂直反射式THz-TDS系统提取其它材料的THz光学参数及其误差分析。

利用THz时域谱技术和支持向量机回归法快速分析食用油成分

采用THz时域谱技术获得30个食用油样本的吸收谱,随机分为训练集和预测集。利用支持向量回归算法和气相色谱方法得到的参照测量值,在训练集上建立食用油中主要成分的预测模型,并用此模型对预测集样本进行预测。结果表明该模型对食用油预测的相关系数均在0.9以上,比传统PLS方法更为精确。

利用太赫兹时域光谱系统检测水中污染物纯品

利用太赫兹时域光谱技术对22种水中污染物的纯品进行了检测,其中包括除草剂、化肥、塑化剂等。通过理论计算获得了上述样品在太赫兹波段的折射率和吸收系数。结果表面,2,4-二氯苯氧乙酸钠(2,4-D钠盐)和苯磺隆两种除草剂在太赫兹波段存在特征吸收峰,这些数据有利于应用太赫兹时域光谱技术对水中污染物进行检测和鉴别。

油纸绝缘变压器时域极化谱特性实验分析

本文旨在研究油纸绝缘介质老化机理与弛豫响应特征量之间的内在关系,将RVM(Return Voltage Measurement)技术应用于油纸变压器绝缘状态的无损诊断。通过RVM实验测量平台,测得恒温条件下不同微水含量、不同内部结构和不同老化状态的油纸绝缘样品对应的回复电压时域极化谱线,根据实验数据分析出不同绝缘状态下油纸绝缘时域极化谱特性参数的变化规律,并结合介质极化响应理论,阐明特征参数弛豫特性变化机理。实验结果表明:时域回复电压极化谱中回复电压最大值和主时间常数的位置改变,能有效反应油纸绝缘受潮和老化情况;初始斜率在充电时间10?2~101s、峰值时间在充电时间101~104s的量值大小,构成无损诊断的信息依据;初始斜率是老化程度的直接反馈参量,以区分水分对极化谱特性的影响;主时间常数可甄别绝缘结构不同的变压器绝缘状态,其与微水含量的指数函数关系,可用于延缓变压器受潮,提高运行可靠性。

基于时域介电谱和去极化电量的变压器油纸绝缘老化特征量研究

为研究变压器油纸绝缘极化/去极化电流法特征量,在130℃下进行了油纸试样的加速热老化试验,测得了试样在不同老化阶段的去极化电流,提出以稳态油老化电量Q_o和稳态油纸界面极化电量Q_(o-p)作为变压器绝缘油与油纸界面极化的老化特征量,并提取绝缘纸时域介电谱峰值和峰值时间tpeak作为绝缘纸老化特征量,最后通过现场试验验证了以上述特征量分别表征油纸绝缘老化状态的可行性。结果表明:Q_o随老化时间的增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_o可以表征油中偶极子转向极化强度;绝缘纸时域介电谱峰值及对应时间分别代表了其内部因纤维素裂解引起的界面极化强度和响应速度,其中时域介电谱峰值和聚合度之间具有指数负相关关系;Q_(o-p)随老化时间增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_(o-p)可以表征油纸界面极化强度。

基于S变换的时域边际谱及其应用

为了更好地处理非平稳、非线性振动信号,依据Hilbert-Huang变换边际谱的思想,提出一种基于S变换的时域边际谱,并给出了利用该时域边际谱进行频谱分析的具体方法。对仿真信号的处理结果说明,该方法对振动信号中的冲击能量比较敏感,能够很好地提取冲击的特征频率,同时具有抑制信号高频成分和突出信号低频成分的特点。利用该方法对实际的振动信号进行处理,对滚动轴承故障的成功识别说明该方法能够提取微弱冲击特征频率,体现了其在振动信号频谱分析中的价值。

基于小波分析和时域介电谱的变压器油纸绝缘老化状态评估

为了研究变压器油纸绝缘老化特性，从而为变压器寿命评估作出指导，在实验室进行加速热老化实验，利用时域介电谱图对不同老化时间油纸试样的极化／去极化电流开展研究，结合小波分析理论对时域介电谱提出改进算法，并提取表征油纸各部分老化时间的特征量。结果表明：二次微分时域介电谱可以反映油纸绝缘的整体极化强度，测量时间1000s后介电谱出现峰值，且峰值随着老化时间的增加而增大；小波改进算法处理后的时域介电谱图的不同谱峰对应油纸绝缘3种主要极化类型，分别为油、油纸界面和绝缘纸内部极化；改进时域介电谱的不同峰值和峰值时间表征不同极化过程的强度和响应速度，且不同峰值与油、纸和油纸界面具有拟合优度很高的指数关系，可以考虑将改进时域介电谱不同谱峰作为表征油纸不同部分的老化特征量。