CN117969449B - 一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及远场检测技术领域，公开了太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法及系统，本发明优选0.8‑2.5THz皮秒量级太赫兹系统通过结合时域‑频域傅里叶变换方法，针对新品线棒绝缘涂层与典型缺陷线棒绝缘涂层进行时域‑频域图谱数据解析与对比，建立线棒绝缘涂层典型缺陷的特征量数据库，最后使得皮秒量级太赫兹系统在本身具备更快检测响应速度的同时也能拥有满足绝缘涂层缺陷检测要求的检测精度分辨率。能在巡检运维期间对水电领域配套的超高压大容量发电系统发电机定子线棒的绝缘层内部隐蔽性缺陷进行定量、定性的无损检测，做到早发现、早处理，为高压大电流发电设备安全稳定运行提供了运维保障。
Description
技术领域
本发明涉及远场检测技术领域，尤其涉及一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法及系统。
背景技术
水力作为无公害、无污染的发电新能源，为电力行业做出了巨大贡献。水电配套的超高压大容量发电工程应用中，发电机定子线棒承担着各设备之间的载流连接，一旦出现故障将对发电的可靠性和安全运行造成严重影响。而线棒绝缘层是由多股自带绝缘的导线经过编织、换位、绕包和胶化成型后，通过真空压力浸渍或多胶模压固化形成绝缘层，固化后使得绝缘层层间无间隙，提高绝缘性能。线棒绝缘层在分股编织，减轻涡流损耗，弱化集肤效应，增大线棒铜股线载流量的同时，以不同角度的换位，来避免股间并联因槽内磁通和端部漏磁通感应而可能产生的循环电流，减少发热损耗。但水电配套的超高压大容量发电系统往往会受到环境水分、潮气或硫化湿气等因素影响，造成发电机组载流工作的线棒绝缘层会受侵蚀气隙、侵蚀粗糙化、老化细裂甚至粉化等隐蔽性缺陷造成局部绝缘性能弱化，进而导致绝缘层的绝缘性能急剧下降引发电晕、弧闪烧蚀甚至放电击穿故障，严重影响发电系统的安全稳定运行。
由于发电机定子线棒绝缘层材料以及绕包固化工艺的特殊性，目前成熟的无损检测技术，如超声波探伤、X射线探伤都由于衰减因素无法对发电机定子线棒绝缘层材料内部隐蔽缺陷实现精准检测，严重制约了巡检运维的保障能力。因此，需考虑穿透性更强、灵敏度更高的新型无损检测手段，在巡检运维期实现对发电机定子线棒绝缘层材料内部隐蔽缺陷早发现、早处理，避免因不能及时发现绝缘层内部缺陷影响威胁发电系统的安全稳定运行。
以太赫兹脉冲波进行无损检测的技术，尤其适合用于水电配套的超高压大容量发电系统载流工作的线棒绝缘层或绝缘部件因受到环境水分、潮气或硫化湿气等因素影响造成侵蚀气隙、侵蚀粗糙化、老化细裂甚至粉化等隐蔽性缺陷的无损检测，但目前使用的高分辨率飞秒量级的太赫兹耗时太长，且容易造成资源浪费的问题。
发明内容
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法及系统解决使用的高分辨率飞秒量级的太赫兹耗时太长，且容易造成资源浪费，无法平衡检测效率与精度的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法，包括：结合发电机定子线棒的材料数据，构建发电机定子线棒绝缘层数学模型，并依据所述数学模型建立新品备件的模型为基准参考模型；
利用皮秒量级频率范围为0.8THz-2.5THz的太赫兹系统采用相干探测方式对发电机定子线棒绝缘层进行无损检测，以获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据；
基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据；
同步对比存在内部缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，基于分解得到的频谱，依据被测样品厚度对应的拟合系数将时域和频域信号数据沿频率方向拟合成相位谱，以得到与频谱具备相同吸收峰的频率处的振幅、相位差数据，代入所述数学模型，并结合基准参考模型，识别出内部存在缺陷的样品的缺陷形状、尺寸及位置，以获取发电机定子线棒绝缘层内部缺陷形状、尺寸及位置与太赫兹脉冲波波段特征的对应关系，建立典型缺陷的特征量数据库；
基于所述基准参考模型和典型缺陷的特征量数据库对待检修的发电机定子线棒绝缘层内部进行快速地远场无损检测。
作为本发明所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的一种优选方案，其中：所述基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据，具体包括：
时域数据包括，多组不同频率、振动的简单弦波集合；
频域数据包括，每组弦波的频率分量占比、频率带宽分布的频谱和各组弦波对应振幅的相位谱数据。
作为本发明所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的一种优选方案，其中：所述获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，包括：
在采样频率为K时，检测周期T内随时间变化获取n个采样点的原始周期连续信号和，结合三角函数线性组合表示为：
；
其中，为内部存在缺陷的样品A1原始周期连续信号数据；为新品备件的样品A0原始周期连续信号数据；和分别对应样品A1和样品A0在检测周期T内采样点频率分量占比，t1和t0分别对应样品A1和样品A0的采样点周期。
作为本发明所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的一种优选方案，其中：所述频率带宽分布的频谱表示为：
；
其中，为内部存在缺陷的样品A1频谱；为新品备件的样品A0频谱。
作为本发明所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的一种优选方案，其中：根据时域和频域信号数据得到检测周期T内各组弦波波峰相对频率轴的时间差数据，将对应各组弦波的时间差除以所在频率的周期得到的相位差沿频率方向拟合成相位谱，得到各组弦波对应振幅的相位谱数据。
作为本发明所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的一种优选方案，其中：所述构建发电机定子线棒绝缘层数学模型为基于电磁理论和麦克斯韦电磁方程对发电机定子线棒绝缘层建立的数学模型。
作为本发明所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的一种优选方案，其中：所述太赫兹系统产生平均功率为5W，频率范围为0.8THz-2.5THz，脉宽范围为2-10ps的皮秒量级脉冲波。
第二方面，本发明提供了一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的装置，包括，模型构建模块，用于结合发电机定子线棒的材料数据，构建发电机定子线棒绝缘层数学模型，并依据所述数学模型建立新品备件的模型为基准参考模型；
检测获取模块，用于利用皮秒量级频率范围为0.8THz-2.5THz的太赫兹系统采用相干探测方式对发电机定子线棒绝缘层进行无损检测，以获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据；
分解模块，用于基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据；
对比识别及数据库建立模块，用于同步对比存在内部缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，基于分解得到的频谱，依据被测样品厚度对应的拟合系数将时域和频域信号数据沿频率方向拟合成相位谱，以得到与频谱具备相同吸收峰的频率处的振幅、相位差数据，代入所述数学模型，并结合基准参考模型，识别出内部存在缺陷的样品的缺陷形状、尺寸及位置，以获取发电机定子线棒绝缘层内部缺陷形状、尺寸及位置与太赫兹脉冲波波段特征的对应关系，建立典型缺陷的特征量数据库；
检测模块，用于基于所述基准参考模型和典型缺陷的特征量数据库对待检修的发电机定子线棒绝缘层内部进行快速地远场无损检测。
第三方面，本发明提供了一种计算设备，包括：
存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明优选0.8-2.5THz皮秒量级太赫兹系统通过结合时域-频域傅里叶变换方法，针对新品线棒绝缘涂层与典型缺陷线棒绝缘涂层进行时域-频域图谱数据解析与对比，建立线棒绝缘涂层典型缺陷的特征量数据库，最后使得皮秒量级太赫兹系统在本身具备更快检测响应速度的同时也能拥有满足绝缘涂层缺陷检测要求的检测精度分辨率，能在巡检运维期间对水电领域配套的超高压大容量发电系统发电机定子线棒的绝缘层内部隐蔽性缺陷进行定量、定性的无损检测，做到早发现、早处理，为高压大电流发电设备安全稳定运行提供了运维保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明一个实施例所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的整体流程示意图；
图2为本发明一个实施例所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的具体流程示意图；
图3为本发明一个实施例所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法中太赫兹系统分析检测发电机定子线棒绝缘层缺陷的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
实施例1
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法，包括，
S1：结合发电机定子线棒的材料数据，构建发电机定子线棒绝缘层数学模型，并依据所述数学模型建立新品备件的模型为基准参考模型；
具体的，数学模型包括在检测周期内基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解得到时域和频域信号数据建立波形图的数学模型；以及基于被测样品厚度测得的频谱数据计算得出的频率处的振幅数据、相位差数据的数学模型。
应说明的是，基准参考模型为依据数学模型构建的无缺陷的发电机定子线棒绝缘层模型。
更进一步的，构建发电机定子线棒绝缘层数学模型为基于电磁理论和麦克斯韦电磁方程对发电机定子线棒绝缘层建立的数学模型。
应说明的是，发电机定子线棒的数据，包括，绝缘等级、主绝缘厚度、股间绝缘厚度、成型工艺、电流密度和分股编织绝缘导线股间换位角度。
S2：利用皮秒量级频率范围为0.8THz-2.5THz的太赫兹系统采用相干探测方式对发电机定子线棒绝缘层进行无损检测，以获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据；
应说明的是，太赫兹波（波长范围30μm（10THz）-3mm（0.1THz））介于微波波段与红外波段之间，是由电子学向光子学过渡的特殊区域，也是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区域，其独特的波段位置与微波及低射频波相比，波长更短，灵敏度更高，空间分辨率更高，与红外辐射及传统光学相比，太赫兹波对布料、塑料、层、陶瓷等材质都有较高的穿透性，而在金属表面则会发生强烈反射；同时太赫兹脉冲波具有“指纹特性”，基于时域光谱技术在检测时具有相干性，在记录被测样品信号幅值信息的同时也记录了相位信息；例如太赫兹波段的某些特定频率位置对水分子具有强烈的吸收峰。
更进一步的，太赫兹系统产生平均功率为5W，频率范围为0.8THz-2.5THz，脉宽范围为2-10ps的皮秒量级脉冲波。
应说明的是，上述0.8-2.5THz是针对本发明皮秒量级的太赫兹系统的优选范围，本发明利用太赫兹脉冲波具备的“指纹特性”，扫查大电流线棒绝缘涂层内部典型缺陷时采集到的回波信号会具有明显异性，适合建立量化模型分析；因此，针对现有更高分辨率但耗时太长的飞秒量级的太赫兹系统，舍弃了更高的精度分辨率，改成了拥有更快检测响应速度的皮秒量级太赫兹系统，通过结合时域-频域傅里叶变换方法，针对新品线棒绝缘涂层与典型缺陷线棒绝缘涂层进行时域-频域图谱数据解析与对比，建立线棒绝缘涂层典型缺陷的特征量数据库，最后使得皮秒量级太赫兹系统在本身具备更快检测响应速度的同时也能拥有满足线棒绝缘涂层缺陷检测要求的检测精度分辨率。
S3：基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据；
更进一步的，基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据，具体包括：
时域数据包括，多组不同频率、振动的简单弦波集合；
频域数据包括，每组弦波的频率分量占比、频率带宽分布的频谱和各组弦波对应振幅的相位谱数据。
更进一步的，获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，包括：
在采样频率为K时，检测周期T内随时间变化获取n个采样点的原始周期连续信号和，结合三角函数线性组合表示为：
；
其中，为内部存在缺陷的样品A1原始周期连续信号数据；为新品备件的样品A0原始周期连续信号数据；和分别对应样品A1和样品A0在检测周期T内采样点频率分量占比；t1和t0分别对应样品A1和样品A0的采样点周期。
具体的，其中默认信号的周期是2π，在检测周期T内采样点频率分量占比ω可表述为，和基于傅里叶变换方法分解得到时域上无限多个频率离散（0，ω1，2ω1，3ω1……）和（0，ω0，2ω0，3ω0……）的正弦和余弦波集合以及频域上频谱F（nω1）、F（nω0），利用欧拉公式，则可以得出频谱表达式。
更进一步的，频率带宽分布的频谱表示为：
；
其中，为内部存在缺陷的样品A1频谱；为新品备件的样品A0频谱。
具体的，和可表示为：
；
更进一步的，根据时域和频域信号数据得到检测周期T内各组弦波波峰相对频率轴的时间差数据，将对应各组弦波的时间差除以所在频率的周期得到的相位差沿频率方向拟合成相位谱，得到各组弦波对应振幅的相位谱数据。
具体的，在检测周期T内对绝缘层材料逐点扫描的像素点为255x71，共计获取18105个采样点的原始周期连续信号，扫描成像的面积为180mm x 50mm。
应说明的是，在检测周期T内对绝缘层材料逐点扫描的像素点设定范围是对定子线棒绝缘层的较优扫查；绝缘涂层是由多股自带绝缘的导线（双涤纶玻璃丝包烧结铜扁线）在大电流线棒上经过编织、换位、绕包和胶化成型后，通过真空压力浸渍或多胶模压固化形成的（固化后使得绝缘层层间无间隙，提高绝缘性能），绝缘涂层厚度只有4mm左右，能不被人工检查出的典型缺陷位置往往会出现在靠近线棒的绝缘层内部，而在典型缺陷（包括老化细裂缺陷、侵蚀粗糙化缺陷、气隙缺陷、粉化缺陷等）的分布以及尺寸都未知的条件约束下，进行较大矩形单元包络扫描成像是相对较优的扫查方式，避免扫查范围过小无法反应缺陷尺寸以及分布情况。
S4：同步对比存在内部缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，基于分解得到的频谱，依据被测样品厚度对应的拟合系数将时域和频域信号数据沿频率方向拟合成相位谱，以得到与频谱具备相同吸收峰的频率处的振幅、相位差数据，代入所述数学模型，并结合基准参考模型，识别出内部存在缺陷的样品的缺陷形状、尺寸及位置，以获取发电机定子线棒绝缘层内部缺陷形状、尺寸及位置与太赫兹脉冲波波段特征的对应关系，建立典型缺陷的特征量数据库；
应说明的是，得到与频谱在具备相同吸收峰的频率范围在1.0-1.1THz。
S5：基于基准参考模型和典型缺陷的特征量数据库对待检修的发电机定子线棒绝缘层内部进行快速地远场无损检测。
具体的，发电机定子线棒绝缘层内部缺陷包括老化细裂缺陷、侵蚀粗糙化缺陷、气隙缺陷和粉化缺陷。
上述为本实施例的一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的示意性方案。需要说明的是，该太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的的系统的技术方案与上述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的技术方案属于同一构思，本实施例中太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的系统的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的技术方案的描述。
本实施例中太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的系统，包括：
模型构建模块，用于结合发电机定子线棒的材料数据，构建发电机定子线棒绝缘层数学模型，并依据所述数学模型建立新品备件的模型为基准参考模型；
检测获取模块，用于利用皮秒量级频率范围为0.8THz-2.5THz的太赫兹系统采用相干探测方式对发电机定子线棒绝缘层进行无损检测，以获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据；
分解模块，用于基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据；
对比识别及数据库建立模块，用于同步对比存在内部缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，基于分解得到的频谱，依据被测样品厚度对应的拟合系数将时域和频域信号数据沿频率方向拟合成相位谱，以得到与频谱具备相同吸收峰的频率处的振幅、相位差数据，代入所述数学模型，并结合基准参考模型，识别出内部存在缺陷的样品的缺陷形状、尺寸及位置，以获取发电机定子线棒绝缘层内部缺陷形状、尺寸及位置与太赫兹脉冲波波段特征的对应关系，建立典型缺陷的特征量数据库；
检测模块，用于基于基准参考模型和典型缺陷的特征量数据库对待检修的发电机定子线棒绝缘层内部进行快速地远场无损检测。
本实施例还提供一种计算设备，适用于太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的的情况，包括：
存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的实现太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法。
本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的实现太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法。
本实施例提出的存储介质与上述实施例提出的实现太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器（ReadOnly ，Memory，ROM)、随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM)、闪存（FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。
实施例2
参照图2和图3，基于上一个实施例，本实施例提供了一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的应用实施例。
获取发电机定子线棒的基准与材料数据，构建发电机定子线棒绝缘层数学模型，具体的，提供定子线棒在水轮发电机中每一层所用材料的厚度，具体类型和数据如表1和表2，最终的总厚度4.25mm。
表1：发电机定子线棒绝缘层基准数据。
表2：发电机定子线棒绝缘层材料数据。
基于发电机定子线棒绝缘层数学模型建立基准参考模型。在有限的时间窗内（不考虑入射太赫兹波在绝缘层内部发生多重反射产生的回波），检测到的回波应至少包含一个太赫兹脉冲峰。作为一种电磁波，太赫兹波在介质中传播时振幅会不断衰减。介质的介电常数和导电率会影响太赫兹波在介质中的传播特性，通常用穿透深度δ描述电磁波在介质中的衰减特性，电磁波在穿透深度为δ时振幅衰减为初始振幅的1/e（e为自然常数，e=2.71828），太赫兹波在介质中的穿透深度δ是一个与介质的介电常数 和电导率σ有关的常数。在太赫兹波穿过基准样品A0的绝缘层的过程中，入射信号E0（t）不仅发生了幅值上的衰减，还发生了时间上的延迟。因此，出射太赫兹波的时域信号波形E（t）可表示为：
；
式中： D为绝缘层厚度；
δ为穿透深度；
t0为出射信号E（t）相对入射信号E0（t）的时间延迟。
本实施例中待检测的发电机定子线棒绝缘层样品A1的典型缺陷包括侵蚀导致的气隙、细裂、粗糙化、粉化缺陷，在太赫兹系统检测时上述典型缺陷都可以被当做一个个泡状包络型缺陷结构形式。结合上述太赫兹波的时域信号波形E（t）和E0（t），ｄ为典型缺陷的泡状包络型缺陷结构的厚度，Ｄ为绝缘层厚度，S1为与太赫兹波传播方向相垂直平面上典型缺陷的泡状包络型缺陷结构的面积。对于没有泡状包络型缺陷结构区域的部分为EA（t），光程经过空气－绝缘层－空气；对于穿过泡状包络型缺陷结构区域的部分为EB（t），光程经过空气－绝缘层－泡状包络型结构－绝缘层－空气，而太赫兹系统最终检测到的波形EC（t）是二者的叠加。由于泡状包络型缺陷结构区域内空气的折射率低于绝缘层材料，EB（t）比EA（t）更早到达太赫兹系统，二者之间存在的时间延迟在时域波形上会出现两个峰值。
；
式中：δ为穿透深度；
S0为放置样品处太赫兹波束光斑的面积；
S1为泡状包络型缺陷结构区域截面积，假设S1＜S0；
D、d分别为绝缘层、泡状包络型缺陷结构区域厚度，且d＜D；
tA、tB分别为EA（t）、EB（t）相对于入射信号E0（t）的时间延迟。
在绝缘层材料和测试光路确定的前提下，最终检测到的波形EC（t）由样品总厚度D、泡状包络型缺陷结构区域厚度d、泡状包络型缺陷结构区域截面积S1共同决定；表达式如下：
；
根据测得的EC（t）可以建立绝缘层受侵蚀导致的气隙、细裂、粗糙化、粉化缺陷等典型缺陷的特征量数据的太赫兹波形数据集，后续在对比检测时可以简便快捷的判断绝缘层是否含有所述典型缺陷，并估算出缺陷的尺寸参数。
结合图2-图3所示，其太赫兹系统为反射式太赫兹时域光谱系统，太赫兹发射器和太赫兹探测器位于被测样品的同一侧，具体探伤检测过程为：皮秒激光产生的脉冲激光束被激光束分光模块300分为两束，一束经由光学扫描延迟线装置和传输光纤200传导至太赫兹探测器400记录初始信号数据，另一束经传输光纤200传导至太赫兹发射器100，使其激发频率为0.8THz-2.5THz的太赫兹波，经过太赫兹束分光模块500和探测场镜头600后太赫兹束700被发射至带绝缘层的发电机定子线棒样品800表面选区进行逐点扫描，经过样品的反射回波被太赫兹探测器400接收，根据采集到的一维时域信号曲线所记录的样品各类特征信息（频率、振幅、相位数据的信号数据），基于的傅里叶变换方法分解成时域-频域信号数据进行二维成像，即将复杂信号分解得到时域上多组不同频率、振动的简单正弦波集合，以及频域上每组正弦波的频率分量占比、频率带宽分布的频谱和各组正弦波对应振幅的相位谱数据，随后被太赫兹系统检测存储。最后结合基于电磁理论和麦克斯韦电磁方程对发电机定子线棒绝缘层建立的数学建模，建立发电机定子线棒绝缘层基准参考模型和典型缺陷的特征量数据库进行比对识别，进而得出发电机定子线棒绝缘层内部缺陷形状、尺寸及位置与太赫兹脉冲波波段特征的对应关系；实现对超高压大容量发电系统载流工作的线棒绝缘层或绝缘部件因受到环境水分、潮气或硫化湿气等因素影响造成侵蚀气隙、侵蚀粗糙化、老化细裂甚至粉化等隐蔽性缺陷的快速定量定性的无损检测。
检测结果与传统的飞秒量级太赫兹系统的检测对比结果如表3。
表3：对比结果表。
皮秒激光器参数为：脉冲宽度900fs-15ps；中心波长1064 nm；脉冲持续时间900fs—40Ps；输出功率 50W；输出频率100kHz—2MHz。
飞秒（10^-15秒）和皮秒（10^-12秒）是指脉冲激光的脉冲宽度指标，皮秒比飞秒大三个数量级，飞秒相比于皮秒一个脉冲持续的宽度更短，频率更高，但更高的精度分辨率意味着探测所花费的时间会更长久。
目前还无法以高时间分辨率（飞秒量级）同时获得其时域维和二维空间维的太赫兹波场分布的实时信息，这就使得太赫兹技术的应用受到了一定的限制。
从表3可以看出尽管舍弃了更高的分辨率，改成了拥有更快检测响应速度的皮秒量级太赫兹系统，但通过创新式的结合时域-频域傅里叶变换方法，针对新品线棒绝缘涂层与典型缺陷线棒绝缘涂层进行时域-频域图谱数据解析与对比，建立线棒绝缘涂层典型缺陷的特征量数据库，最后使得皮秒量级太赫兹系统在本身具备更快检测响应速度的同时也能拥有不弱于飞秒量级太赫兹系统的检测精度分辨率，具体来说，在相同面积扫描的情况下，皮秒的精度约85%，飞秒约96%，皮秒的精度与飞秒相比是其88%，精度值虽然略低一点，但是在本领域应用中此部分差距并不会影响最终的检测结果，同时，最主要的是通过对检测方法的优化使得皮秒单次采样所用时间为15ps，对应飞秒的320ps，速度是飞秒的21倍多，因此完成相同面积扫描的条件下，皮秒的效率会更高，即212分钟完成，飞秒用时4500多分钟，检测效率提升巨大，而绝缘缺陷检测中最需解决的便是由于检测体量大耗时长，而导致的效率和精度难以平衡的问题。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法，其特征在于， 包括：
结合发电机定子线棒的材料数据，构建发电机定子线棒绝缘层数学模型，并依据所述数学模型建立新品备件的模型为基准参考模型；
数学模型包括在检测周期内基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解得到时域和频域信号数据建立波形图的数学模型；以及基于被测样品厚度测得的频谱数据计算得出的频率处的振幅数据、相位差数据的数学模型；
所述构建发电机定子线棒绝缘层数学模型为基于电磁理论和麦克斯韦电磁方程对发电机定子线棒绝缘层建立的数学模型；
利用皮秒量级频率范围为0.8THz-2.5THz的太赫兹系统采用相干探测方式对发电机定子线棒绝缘层进行无损检测，以获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据；
基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据；
同步对比存在内部缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，基于分解得到的频谱，依据被测样品厚度对应的拟合系数将时域和频域信号数据沿频率方向拟合成相位谱，以得到与频谱具备相同吸收峰的频率处的振幅、相位差数据，代入所述数学模型，并结合基准参考模型，识别出内部存在缺陷的样品的缺陷形状、尺寸及位置，以获取发电机定子线棒绝缘层内部缺陷形状、尺寸及位置与太赫兹脉冲波波段特征的对应关系，建立典型缺陷的特征量数据库；
基于所述基准参考模型和典型缺陷的特征量数据库对待检修的发电机定子线棒绝缘层内部进行快速远场无损检测。
2.如权利要求1所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法，其特征在于，所述基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据，具体包括：
时域数据包括，多组不同频率、振动的简单弦波集合；
频域数据包括，每组弦波的频率分量占比、频率带宽分布的频谱和各组弦波对应振幅的相位谱数据。
3.如权利要求1或2所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法，其特征在于，所述获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，包括：
在采样频率为K时，检测周期T内随时间变化获取n个采样点的原始周期连续信号和，结合三角函数线性组合表示为：
；
其中，为内部存在缺陷的样品A1原始周期连续信号数据；为新品备件的样品A0原始周期连续信号数据；和分别对应样品A1和样品A0在检测周期T内采样点频率分量占比，t1和t0分别对应样品A1和样品A0的采样点周期。
4.如权利要求3所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法，其特征在于，所述频率带宽分布的频谱表示为：
；
其中，为内部存在缺陷的样品A1频谱；为新品备件的样品A0频谱。
5.如权利要求4所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法，其特征在于，根据时域和频域信号数据得到检测周期T内各组弦波波峰相对频率轴的时间差数据，将对应各组弦波的时间差除以所在频率的周期得到的相位差沿频率方向拟合成相位谱，得到各组弦波对应振幅的相位谱数据。
6.如权利要求5所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法，其特征在于，所述太赫兹系统产生平均功率为5W，频率范围为0.8THz-2.5THz，脉宽范围为2-10ps的皮秒量级脉冲波。
7.一种应用如权利要求1所述的太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷方法的系统，其特征在于，包括：
模型构建模块，用于结合发电机定子线棒的材料数据，构建发电机定子线棒绝缘层数学模型，并依据所述数学模型建立新品备件的模型为基准参考模型；
检测获取模块，用于利用皮秒量级频率范围为0.8THz-2.5THz的太赫兹系统采用相干探测方式对发电机定子线棒绝缘层进行无损检测，以获取内部存在缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据；
分解模块，用于基于傅里叶变换将原始周期连续信号进行分解，得到时域和频域信号数据；
对比识别及数据库建立模块，用于同步对比存在内部缺陷的样品和新品备件的样品在检测周期内的原始周期连续信号数据，基于分解得到的频谱，依据被测样品厚度对应的拟合系数将时域和频域信号数据沿频率方向拟合成相位谱，以得到与频谱具备相同吸收峰的频率处的振幅、相位差数据，代入所述数学模型，并结合基准参考模型，识别出内部存在缺陷的样品的缺陷形状、尺寸及位置，以获取发电机定子线棒绝缘层内部缺陷形状、尺寸及位置与太赫兹脉冲波波段特征的对应关系，建立典型缺陷的特征量数据库；
检测模块，用于基于所述基准参考模型和典型缺陷的特征量数据库对待检修的发电机定子线棒绝缘层内部进行快速地远场无损检测。
8.一种电子设备，包括：
存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至6任意一项所述太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至6任意一项所述太赫兹检测发电机定子线棒绝缘缺陷的方法的步骤。
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