一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，本发明专利技术提出适用于聚合物的厚度选择公式以进行太赫兹测试的择优选取，随后对太赫兹时域信号进行预处理以去除Fabry

【技术实现步骤摘要】
一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法


[0001]本专利技术涉及高压绝缘材料
，具体为一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波(Terahertz wave)是指频率介于0.1～10THz之间的电磁波。Leahy
‑
Hoppa MR等人发现多种炸药都在太赫兹波段存在独特的吸收峰并可以通过这些吸收峰对炸药种类进行有效识别；Markelz H等人发现集合振动模式使得DNA和牛血清蛋白的太赫兹吸收谱表现出宽而连续的特征；Yada H等人使用太赫兹时域光谱揭示了水和重水的快速松弛过程的起源。目前，太赫兹技术已广泛应用于生物医学、公共安全、工程领域、材料科学等领域，然而太赫兹技术关于电介质绝缘领域的相关应用尚处于初步探索阶段。
[0003]由于绝缘聚合物在太赫兹频段的低损耗特性，聚合物的时域谱图通常表现出极低的吸收，这导致太赫兹时域光谱系统飞秒激光源的波动将严重影响测试的准确性，进而阻碍太赫兹的应用与发展。目前，有关聚合物绝缘领域的太赫兹测试普遍存在以下问题：无规范的实验测试流程与针对绝缘聚合物的数据处理方案、所得结果的介电响应波动较大、介电损耗出现负数等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，以克服现有技术存在的缺陷，本专利技术为聚合物在太赫兹频段的极化研究提供了一套规范的测试流程与数据处理方案，同时针对性地提出了一种新的厚度选择公式，操作简单、计算快捷，大幅提高了聚合物在太赫兹频段介电参数的准确性。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，包括如下步骤：
[0007]获取XLPE电缆试样；
[0008]对XLPE电缆试样进行太赫兹时域光谱透射模式测试，获得太赫兹时域光谱信号；
[0009]对太赫兹时域光谱信号预处理后进行快速傅里叶变换得到频域信号，基于所述频域信号，根据光学理论计算得到XLPE的介电常数实部和虚部。
[0010]进一步地，所述获取XLPE电缆试样，具体为：
[0011]对未服役220kVXLPE电缆进行径切分别得到若干不同厚度的XLPE电缆试样。
[0012]进一步地，所述XLPE电缆试样的厚度根据下式进行选择：
[0013][0014]其中，c为真空光速，κ
s
(ω)为消光系数，f为频率。
[0015]进一步地，在对XLPE电缆试样进行太赫兹时域光谱透射模式测试之前，将XLPE电缆试样进行脱气处理，脱气处理的温度为70℃，时间为12h。
[0016]进一步地，所述太赫兹时域光谱信号包括主波相位信息、幅值信息、Fabry
‑
P
é
rot效应回波相位信息；
[0017]所述对太赫兹时域光谱信号预处理，具体为：
[0018]通过截断法选取时间窗口以消除Fabry
‑
P
é
rot效应对结果的影响；
[0019]对截断后的数据进行补零操作。
[0020]进一步地，所述频域信号包括频域试样信号E
s
(ω)与频域参考信号E
ref
(ω)；
[0021][0022][0023]其中，η为XLPE电缆试样周围空间的透射系数，XLPE电缆试样的复折射率ω为角频率，l为XLPE电缆试样厚度，n
s
(ω)为折射率，E0(ω)为频域入射信号。
[0024]进一步地，所述基于所述频域信号，根据光学理论计算得到介电常数实部和虚部，具体为：
[0025]基于频域信号，计算太赫兹时域光谱透射模式的传递函数；
[0026]取传递函数的对数形式，计算XLPE电缆试样的折射率与消光系数；
[0027]依据XLPE电缆试样的折射率与消光系数计算出介电常数实部与介电常数虚部。
[0028]进一步地，所述基于频域信号，计算太赫兹时域光谱透射模式的传递函数H(ω)，具体为：
[0029][0030]其中，n
s
(ω)为折射率，κ
s
(ω)为消光系数，l为XLPE电缆试样厚度，c为真空光速，ω为角频率。
[0031]进一步地，所述取传递函数的对数形式，计算XLPE电缆试样的折射率与消光系数，具体为：
[0032][0033][0034]式中，φ(ω)为传递函数的幅角，A(ω)为传递函数的幅值，由此计算出折射率n
s
(ω)与消光系数κ
s
(ω)为：
[0035][0036][0037]进一步地，所述依据XLPE电缆试样的折射率与消光系数计算出介电常数实部与介电常数虚部，具体为：
[0038][0039]ε
″
(ω)＝2n
s
(ω)κ
s
(ω)
[0040]其中，ε
′
(ω)为介电常数实部，ε
″
(ω)为介电常数虚部。
[0041]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0042]一种适用于聚合物的太赫兹时域光谱测试及数据处理方法，基于太赫兹时域光谱技术的瞬态性、低能性和宽带性，通过择优选择试样厚度，对时域信号进行预处理以及进行一系列光学运算精确获取聚合物在太赫兹频段的介电参数。本专利技术采用太赫兹时域光谱技术测试聚合物的介电参数，有助于研究低损耗特性聚合物在太赫兹频段的介电特性以及特征峰起源，有利于推进太赫兹技术在电气绝缘领域的应用与发展。本专利技术所述的适用于聚合物的太赫兹时域光谱测试及数据处理方法具有无损、信噪比高、可靠性强、方便、快捷等优点，可以大范围运用于实际电网运行与科学研究中。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]图1为本专利技术一种适用于聚合物的太赫兹测试流程及数据处理方法流程图；
[0045]图2为太赫兹波作用于聚合物的原理图；
[0046]图3为本专利技术实施例中0.5mm试样的典型太赫兹时域光谱图；
[0047]图4(a)为本专利技术实施例中预处理前后0.5mm试样的介电常数实部；
[0048]图4(b)为本专利技术实施例中预处理前后0.5mm试样的介电常数虚部。
[0049]图5为本专利技术实施例中不同厚度试样的太赫兹时域光谱图；
[0050]图6(a)为本专利技术实施例中不同厚度试样的介电常数实部；
[0051]图6(b)为本专利技术实施例中不同厚度试样的介电常数虚部。
具体实施方式
[0052]下面对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：获取XLPE电缆试样；对XLPE电缆试样进行太赫兹时域光谱透射模式测试，获得太赫兹时域光谱信号；对太赫兹时域光谱信号预处理后进行快速傅里叶变换得到频域信号，基于所述频域信号，根据光学理论计算得到XLPE的介电常数实部和虚部。2.根据权利要求1所述的一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，其特征在于，所述获取XLPE电缆试样，具体为：对未服役220kVXLPE电缆进行径切分别得到若干不同厚度的XLPE电缆试样。3.根据权利要求2所述的一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，其特征在于，所述XLPE电缆试样的厚度根据下式进行选择：其中，c为真空光速，κ
s
(ω)为消光系数，f为频率。4.根据权利要求1所述的一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，其特征在于，在对XLPE电缆试样进行太赫兹时域光谱透射模式测试之前，将XLPE电缆试样进行脱气处理，脱气处理的温度为70℃，时间为12h。5.根据权利要求1所述的一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，其特征在于，所述太赫兹时域光谱信号包括主波相位信息、幅值信息、Fabry
‑
P
é
rot效应回波相位信息；所述对太赫兹时域光谱信号预处理，具体为：通过截断法选取时间窗口以消除Fabry
‑
P
é
rot效应对结果的影响；对截断后的数据进行补零操作。6.根据权利要求5所述的一种适用于聚合物的太赫兹测试流程与数据处理方法，其特征在于，所述频域信号包括频域试样信号E
s
(ω)与频域参考信号E
ref
(ω)；(ω)；其中，η为XLPE电缆试样周围空间的透射系数，XLPE电缆试样...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉泽，李新禹，俞华，冯阳，李盛涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：