一种光纤式太赫兹时域光谱系统的制作方法

本发明涉及电力设备缺陷检测，尤其是涉及一种光纤式太赫兹时域光谱系统。

背景技术：

1、光学参数(如折射率、吸收率)是表征材料光学性质的宏观物理量，同时也间接反映了材料微观特性，太赫兹时域光谱技术能够直接获得太赫兹波电磁场的振幅和相位信息，因此可以直接获取材料在透射和反射2种模式下的光学参数，在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的提取方式。

2、相较于反射模式，透射模式可以获得更高的信噪比，测量结果更加准确可靠，因此利用太赫兹时域光谱技术获得了绝缘材料在透射模式下的光学参数，并对其老化程度进行了表征，分别获得待测样品的折射率、消光系数和吸收系数。

3、太赫兹时域光谱技术是通过飞秒激光诱导太赫兹脉冲光产生，并通过高精度延迟等效时间采样的方式实现太赫兹脉冲重构，这是一种高效的相干探测方式，通过简单的傅里叶变换，就可以获得包含样品幅度和相位信息的频域信号，通过简单的后处理，进而可以获得诸如吸收系数、消光系数、复折射率等丰富的物理信息，这些信息可用于支持样品的识别和定量分析。

4、太赫兹时域光谱技术的核心部件还包括光电导发射和探测天线，太赫兹光电导天线是当前应用最为广泛、工作最为可靠以及宽带辐射特性最为优秀的太赫兹辐射源和探测器。基于飞秒激光器诱导光电导材料超快载流子动力学过程，可获得高达数thz且具有极高信噪比的太赫兹信号，在物质光谱分析应用中具有极佳的匹配性。

5、在电力设备绝缘材料老化检测技术方面，可以分析不同老化条件/老化年限下的电缆绝缘表皮的老化特性，得到了表征电力电缆绝缘材料光学性质的宏观物理量，并对电力电缆绝缘材料的老化特性进行了表征，现有技术中存在通过对材料进行加速老化处理，获取材料的老化特性曲线，从而评估材料的性能。

6、但对于如何实现在加速老化过程中对电力设备绝缘材料进行老化特性检测，现有的技术需要在对材料加速老化后取出，从而进行老化特性检测，需要分步进行，操作繁琐，且影响实验结果的准确性；且对于变压器油的性能的测量，现有技术仍需人工判别，准确率低。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在对于变压器油的性能的判断，现有技术仍需人工判别，准确率低，没有操作方便、精度高的检测仪器的缺陷而提供一种光纤式太赫兹时域光谱系统，实现对变压器油的性能测量。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种光纤式太赫兹时域光谱系统，包括：光纤式太赫兹时域光谱检测装置、待测变压器油样品和样品试验台，所述光纤式太赫兹时域光谱检测装置包括飞秒光纤激光器、太赫兹发射天线和太赫兹接收天线，所述飞秒光纤激光器分别通过光纤连接所述太赫兹发射天线和太赫兹接收天线，所述太赫兹发射天线和太赫兹接收天线均正对所述待测变压器油样品，所述太赫兹发射天线还连接有偏置高压源，所述太赫兹接收天线还依次连接有锁相放大器和计算机；

4、所述样品试验台包括样品池、加热装置和感温探头，所述待测变压器油样品和感温探头均位于所述样品池内，所述加热装置贴附在样品池的一侧，所述加热装置和感温探头均连接所述计算机。

5、进一步地，所述样品池为石英比色皿。

6、进一步地，所述石英比色皿的厚度在2.5-3.5mm范围以内。

7、进一步地，所述加热装置为半导体加热器。

8、进一步地，所述感温探头为多通道温度传感器。

9、进一步地，所述感温探头的数量为多个，各个感温探头均匀分布在所述样品池内。

10、进一步地，所述太赫兹发射天线和太赫兹接收天线均正对所述待测变压器油样品表面。

11、进一步地，所述太赫兹发射天线和太赫兹接收天线位于同一条直线上。

12、进一步地，所述锁相放大器的型号为sr830。

13、进一步地，所述飞秒光纤激光器和太赫兹接收天线之间串联有光纤延迟线。

14、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

15、(1)本发明通过石英比色皿作为样品池，保证太赫兹脉冲能够尽可能多的穿透待测变压器油样品；太赫兹发射天线和太赫兹接收天线均正对所述待测变压器油样品表面，加热装置紧贴石英比色皿的一侧进行加热，并可通过石英比色皿的内部4个位置安装多通道温度传感器的感温探头用以实时监控变压器油的温度变化，实现不同温度下对待测变压器油样品的太赫兹时域光谱的实时测量，能一步完成测试，操作方便效率高，且能提升实验结果的准确性。

16、(2)由于太赫兹时域脉冲信号功率较小，变压器油厚度如果过大透过的太赫兹脉冲衰减过大将难以获得清晰的脉冲信号，试验测试将变压器注入到厚度为3.0mm的石英比色皿中，此时可以获得清晰的太赫兹脉冲信号。

17、(3)本发明采用光纤光路耦合的太赫兹时域光谱装置，同时具备小体积、小质量且可靠等优点。

技术特征：

1.一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，包括：光纤式太赫兹时域光谱检测装置(1)、待测变压器油样品(2)和样品试验台，所述光纤式太赫兹时域光谱检测装置(1)包括飞秒光纤激光器(11)、太赫兹发射天线(12)和太赫兹接收天线(13)，所述飞秒光纤激光器(11)分别通过光纤连接所述太赫兹发射天线(12)和太赫兹接收天线(13)，所述太赫兹发射天线(12)和太赫兹接收天线(13)均正对所述待测变压器油样品(2)，所述太赫兹发射天线(12)还连接有偏置高压源(14)，所述太赫兹接收天线(13)还依次连接有锁相放大器(15)和计算机(16)；

2.根据权利要求1所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述样品池(3)为石英比色皿。

3.根据权利要求2所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述石英比色皿的厚度在2.5-3.5mm范围以内。

4.根据权利要求1所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述加热装置(4)为半导体加热器。

5.根据权利要求1所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述感温探头(5)为多通道温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述感温探头(5)的数量为多个，各个感温探头(5)均匀分布在所述样品池(3)内。

7.根据权利要求1所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述太赫兹发射天线(12)和太赫兹接收天线(13)均正对所述待测变压器油样品(2)表面。

8.根据权利要求1所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述太赫兹发射天线(12)和太赫兹接收天线(13)位于同一条直线上。

9.根据权利要求1所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述锁相放大器(15)的型号为sr830。

10.根据权利要求1所述的一种光纤式太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述飞秒光纤激光器(11)和太赫兹接收天线(13)之间串联有光纤延迟线(17)。

技术总结
本发明涉及一种光纤式太赫兹时域光谱系统，包括：光纤式太赫兹时域光谱检测装置、待测变压器油样品和样品试验台，光纤式太赫兹时域光谱检测装置包括飞秒光纤激光器、太赫兹发射天线、太赫兹接收天线、偏置高压源、锁相放大器和计算机，太赫兹发射天线和太赫兹接收天线均正对待测变压器油样品；样品试验台包括样品池、加热装置和感温探头，待测变压器油样品和感温探头均位于样品池内，加热装置贴附在样品池的一侧，加热装置和感温探头均连接计算机。与现有技术相比，本发明实现不同温度下对待测变压器油样品的太赫兹时域光谱的实时测量，能一步完成测试，操作方便效率高，且能提升实验结果的准确性。

技术研发人员：骆国防,宋平,陈洪涛,徐琴,熊祥鸿,李驹,袁加妍,李腾飞,周牮侃
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13