基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法及系统技术方案

本申请公开了基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法及系统，方法包括利用斩波器对脉冲太赫兹波源发出的脉冲太赫兹波降噪滤波，固定脉冲太赫兹波光源信号的照射频率和透射信号频率；利用反射式太赫兹波强度检测装置检测照射待测物体后的反射太赫兹脉冲，利用透射式太赫兹波强度检测装置检测照射待测物体后的透射太赫兹脉冲；利用太赫兹信息前端预处理设备提取透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据；利用数据处理终端计算材料的厚度。本申请在朗伯定律的基础上，将反射的太赫兹脉冲强度考虑到厚度检测误差影响因素里。通过检测待测物体的反射太赫兹脉冲和透射太赫兹脉冲，实现检测误差的修正，从而获得更高精度的检测结果。

Thickness measurement method and system of insulating materials based on terahertz propagation characteristics

The application discloses a thickness detection method and system of insulating materials based on terahertz propagation characteristics. The method includes using a chopper to reduce noise and filter the pulse terahertz wave emitted by the pulse terahertz wave source, fixing the irradiation frequency and transmission signal frequency of the pulse terahertz wave light source signal, and using a reflection type terahertz wave intensity detection device to detect the reflected terahertz after irradiating the object to be tested Pulse: detect the transmitted terahertz pulse after irradiating the object to be tested by the transmission terahertz wave intensity detection device; extract the transmitted and reflected terahertz pulse data by the terahertz information front-end preprocessing equipment; calculate the thickness of the material by the data processing terminal. On the basis of Lambert's law, the reflected THz pulse intensity is taken into account in the influencing factors of thickness detection error. By detecting the reflected and transmitted terahertz pulses of the object to be tested, the detection error can be corrected and the detection result with higher accuracy can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法及系统
本申请涉及太赫兹光谱
，特别涉及一种基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法及系统。
技术介绍
绝缘材料以其优异的机械性能、电气绝缘性能和良好的耐腐蚀、耐老化等特性，被广泛应用于机械、建筑、电力传输、航空航天等领域。以电力行业为例，在输变电设备中应用比较广泛的绝缘材料主要有陶瓷、三元乙丙橡胶、环氧树脂和硅橡胶等。由于绝缘材料在抗裂化、憎水性、防污性、耐漏电起痕和耐电蚀损性等方面具有十分突出的优点，所以其在电力行业中占有举足轻重的地位。绝缘材料在电气设备中的作用是把电势不同的带电部分隔离开来，防止发生短路、漏电、击穿等电力事故。如果绝缘产品的生产质量得不到保证，不仅会造成巨大的财产损失，严重时会威胁操作人员的人身安全。因此，应当对绝缘材料的生产质量进行严格把控。作为衡量绝缘材料的电气性能的指标之一，绝缘耐压强度在检验产品是否符合国家标准的测试中发挥着至关重要的作用。大量研究表明，绝缘材料的绝缘耐压强度与材料厚度的均匀度存在着必然的联系，并且绝缘材料的电气性能往往取决于其上最薄点厚度的大小。所以，如何实现绝缘材料厚度的精确测量是保证产品生产质量的一个关键问题。现阶段已经应用于层厚精确测量的无损检测方法有超声波法、涡流法和X射线检测法。超声波法主要用于致密材料的壁厚测量，无法对衰减较大的绝缘材料层厚进行精确测量，且该方法存在测量盲区和测量下限。涡流法主要用于导电材料的层厚测量，不适用于绝缘材料层厚的测量。X射线检测法虽然可以检测样品的内部几何尺寸，但在实际应用的过程中存在电离辐射，会对操作人员的身体健康产生影响。因此，缺少一种非接触、快速、安全可靠的绝缘材料厚度检测方法。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法及系统，以解决缺少非接触、快速、安全可靠的绝缘材料厚度检测方法的问题。一方面，根据本申请的实施例，提供了一种基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法，包括：利用斩波器对脉冲太赫兹波源发出的脉冲太赫兹波降噪滤波，固定脉冲太赫兹波光源信号的照射频率和透射信号频率；利用反射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的反射太赫兹脉冲，利用透射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的透射太赫兹脉冲；利用太赫兹信息前端预处理设备提取透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据；利用数据处理终端根据所述透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据计算材料的厚度。进一步地，根据所述透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据计算材料的厚度的公式为：其中，α表示材料对太赫兹波的吸收系数；IS表示太赫兹波初始的入射强度；IF表示反射太赫兹波脉冲数据；I表示透射太赫兹波脉冲数据；d表示材料厚度；θ表示太赫兹波入射到待测样品表面与法线之间的夹角。进一步地，所述脉冲太赫兹波源的脉冲发射重复频率为5Hz-10Hz。另一方面，根据本申请的实施例，提供了基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测系统，包括斩波器，脉冲太赫兹波源，反射式太赫兹波强度检测装置，透射式太赫兹波强度检测装置，太赫兹信息前端预处理设备和数据处理终端；所述脉冲太赫兹波源，用于发出脉冲太赫兹波；所述斩波器，用于对脉冲太赫兹波源发出的脉冲太赫兹波降噪滤波，固定脉冲太赫兹波光源信号的照射频率和透射信号频率；所述反射式太赫兹波强度检测装置，用于检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的反射太赫兹脉冲；所述透射式太赫兹波强度检测装置，用于检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的透射太赫兹脉冲；所述太赫兹信息前端预处理设备，用于提取透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据；所述数据处理终端，用于根据所述透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据计算材料的厚度。进一步地，所述反射式太赫兹波强度检测装置距待测样品的距离与所述透射式太赫兹波强度检测装置距待测样品的距离相等。由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法及系统，所述方法包括利用斩波器对脉冲太赫兹波源发出的脉冲太赫兹波降噪滤波，固定脉冲太赫兹波光源信号的照射频率和透射信号频率；利用反射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的反射太赫兹脉冲，利用透射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的透射太赫兹脉冲；利用太赫兹信息前端预处理设备提取透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据；利用数据处理终端根据所述透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据计算材料的厚度。本申请在朗伯定律的基础上，将反射的太赫兹脉冲强度考虑到厚度检测误差影响因素里。通过检测待测物体的反射太赫兹脉冲和透射太赫兹脉冲，实现检测误差的修正，从而获得了更高精度的检测结果。附图说明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。图1为根据本申请实施例示出一种基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法的流程图；图2为朗伯定律原理图；图3为根据本申请实施例示出一种基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测系统的结构示意图。图示说明：其中，1-脉冲太赫兹波源；2-斩波器；3-第一太赫兹波反射镜面；4-待测样品；5-第二太赫兹波反射镜面；6-反射式太赫兹强度检测装置；7-数据处理终端；8-太赫兹信息前端预处理设备；9-透射式太赫兹强度检测装置；10-第三太赫兹波反射镜面。具体实施方式由朗伯定律可知，当太赫兹波垂直照射于可透射样品之上时，透射光强I与材料厚度d就有较为简单的函数关系：I＝I0exp(-αd)；其中，α表示材料对太赫兹波的吸收系数；I0表示太赫兹波入射的初始强度；d表示被透射材料的厚度。而材料对太赫兹波的吸收系数α可以通过实验测得，当吸收系数α已知，便可以根据函数关系计算出材料的厚度。然而这种计算方法没有考虑到太赫兹波在材料界面上发生反射的情况，得出的结果与物体的实际厚度之间存在一定的误差。为了减少误差对结果的影响，提出本申请的技术方案。参阅图1，本申请实施例提供了一种基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法，包括：步骤S1、利用斩波器对脉冲太赫兹波源发出的脉冲太赫兹波降噪滤波，固定脉冲太赫兹波光源信号的照射频率和透射信号频率；在探测端只需寻找斩波器频率的信号即可，以消除周遭环境中其他太赫兹波的干扰。步骤S2、利用反射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的反射太赫兹脉冲，利用透射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的透射太赫兹脉冲；步骤S3、利用太赫兹信息前端预处理设备提取透射太赫兹脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法，其特征在于，包括：/n利用斩波器对脉冲太赫兹波源发出的脉冲太赫兹波降噪滤波，固定脉冲太赫兹波光源信号的照射频率和透射信号频率；/n利用反射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的反射太赫兹脉冲，利用透射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的透射太赫兹脉冲；/n利用太赫兹信息前端预处理设备提取透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据；/n利用数据处理终端根据所述透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据计算材料的厚度。/n

【技术特征摘要】
1.基于太赫兹传播特性的绝缘材料厚度检测方法，其特征在于，包括：
利用斩波器对脉冲太赫兹波源发出的脉冲太赫兹波降噪滤波，固定脉冲太赫兹波光源信号的照射频率和透射信号频率；
利用反射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的反射太赫兹脉冲，利用透射式太赫兹波强度检测装置检测降噪过后的脉冲太赫兹波照射待测物体后的透射太赫兹脉冲；
利用太赫兹信息前端预处理设备提取透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据；
利用数据处理终端根据所述透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据计算材料的厚度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述透射太赫兹脉冲和反射太赫兹脉冲数据计算材料的厚度的公式为：



其中，α表示材料对太赫兹波的吸收系数；IS表示太赫兹波初始的入射强度；IF表示反射太赫兹波脉冲数据；I表示透射太赫兹波脉冲数据；d表示材料厚度；θ表示太赫兹波入射到待测样品表面与法线之间的夹角。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲太赫兹...

【专利技术属性】
技术研发人员：程志强，刘荣海，孔旭晖，郭新良，郑欣，杨迎春，许宏伟，虞鸿江，焦宗寒，周静波，陈国坤，何运华，杨雪滢，李宗红，宋玉峰，程雪婷，代克顺，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53