| 标准编号 | GB/T 46149-2025 (GB/T46149-2025) | | 中文名称 | 无损检测 绝缘材料太赫兹检测方法 | | 英文名称 | Non-destructive testing - Terahertz detection method for insulating materials | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J04 | | 国际标准分类 | 19.100 | | 字数估计 | 26,218 | | 发布日期 | 2025-08-29 | | 实施日期 | 2025-08-29 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 46149-2025: 无损检测 绝缘材料太赫兹检测方法
ICS 19.100
CCSJ04
中华人民共和国国家标准
无损检测 绝缘材料太赫兹检测方法
2025-08-29发布
2025-08-29实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 原理 2
5 一般要求 3
6 检测技术 5
7 检测记录和报告 8
附录A(资料性) 分辨率测试板设计规则 10
附录B(规范性) 绝缘材料太赫兹水分含量检测标准曲线的建立 11
附录C(规范性) 吸收光谱积分值的计算 13
附录D(资料性) 固体绝缘材料常见缺欠典型太赫兹波形图 16
附录E(规范性) 缺欠面积计算规则 18
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归口。
本文件起草单位:华东电力试验研究院有限公司、上海材料研究所有限公司、重庆大学、国网上海市
电力公司、青岛青源峰达太赫兹科技有限公司。
本文件主要起草人:骆国防、成立、蒋建生、黄兴德、杨超、杨心刚、韩丽娜、杨丽君、陆启宇、孟坤、
陈洪涛、刘平安。
无损检测 绝缘材料太赫兹检测方法
1 范围
本文件描述了使用太赫兹检测技术检测电气装备用绝缘材料的方法。
本文件适用于厚度为0.03mm~10mm的固体绝缘材料的缺欠和水分含量以及液体绝缘材料的
水分含量的太赫兹检测。其他厚度的固体绝缘材料参照执行。
本文件不适用于厚度超过5mm的纤维素类固体绝缘材料。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 2900.5 电工术语 绝缘固体、液体和气体
GB/T 7600 运行中变压器油和汽轮机油水分含量测定法(库仑法)
GB/T 13962 光学仪器术语
GB/T 20737 无损检测 通用术语和定义
JJF1603 (0.1~2.5)THz太赫兹光谱仪校准规范
IEC 60814 绝缘液体 油浸纸和纸板 自动库伦卡尔·费休滴定法测定水分(Insulating
3 术语和定义
GB/T 2900.5、GB/T 13962和GB/T 20737界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
绝缘材料 insulatingmaterials
电阻率大于或等于1010Ω·m的不导电材料。
3.2
太赫兹波 terahertzwaves
频率在0.1THz~10THz之间,波长为0.03mm~3mm的电磁波。
3.3
透射法 transmissionmethod
通过分析样品透射的太赫兹光谱特性实现样品检测的方法。
3.4
反射法 reflectionmethod
通过分析样品反射的太赫兹光谱特性实现样品检测的方法。
3.5
缺欠深度 depthofimperfections
缺欠上表面至被检样品上表面的距离。
3.6
太赫兹入射波与表面法线的夹角。
3.7
缺欠上表面至缺欠下表面的距离。
4 原理
4.1 概述
太赫兹检测方法是利用太赫兹波对材料进行检测的方法,包括透射法和反射法两种。
4.2 透射法
飞秒激光器产生的激光脉冲被分光镜分成两束,一束为泵浦光,另一束为探测光。泵浦光入射到太
赫兹发射器上产生的太赫兹波入射到被检样品内部,当被检样品内部存在缺欠或水分时,透射的太赫兹
波与其相互作用并与经过时间延迟装置调整的探测光一同入射到太赫兹接收器上,得到包含幅值和相
位的太赫兹光谱,通过分析该光谱以评价被检样品中的缺欠和水分含量。图1为透射法检测原理示
意图。
标引序号说明:
1---飞秒激光器;
2---分光镜;
3---时间延迟装置;
4---太赫兹发射器;
5---太赫兹接收器;
6---凹面镜;
7---被检样品。
图1 透射法检测原理示意图
4.3 反射法
飞秒激光器产生的激光脉冲被分光镜分成两束,一束为泵浦光,另一束为探测光。泵浦光入射到太
赫兹发射器上产生的太赫兹波入射到被检样品内部,当被检样品内部存在缺欠时,太赫兹波在缺欠处发
生反射,反射的太赫兹波与经过时间延迟装置调整的探测光一同入射到太赫兹接收器上,得到包含时间
信息的太赫兹光谱,通过分析该光谱以评价被检样品中的缺欠。图2为反射法检测原理示意图。
标引序号说明:
1---飞秒激光器;
2---分光镜;
3---时间延迟装置;
4---太赫兹发射器;
5---太赫兹接收器;
6---凹面镜;
7---被检样品。
图2 反射法检测原理示意图
5 一般要求
5.1 太赫兹光谱仪
太赫兹光谱仪应满足以下要求:
a) 光谱范围包含(0.1~3)THz;
b) 成像分辨率小于或等于0.5mm;
c) 纵向分辨率小于或等于30μm;
d) 频谱分辨率小于或等于8.4GHz。
5.2 扫查装置
5.2.1 扫查装置应满足透射法或反射法测量的要求。
5.2.2 扫查装置应具有焦点位置的指示装置。
5.2.3 自动扫查装置的步进精度不应低于±50μm。
5.2.4 可采用手动或自动的辅助装置实施扫查,辅助装置包括手持式、导轨式、框架式、机械臂式等。
5.3 数据及图像的处理、存储
5.3.1 数据及图像的处理
5.3.1.1 处理软件应具有信号采集、分析和记录功能。
5.3.1.2 处理软件应具有数据、波形和图像的显示功能。
5.3.1.3 处理软件应具有图像测量功能。
5.3.2 数据及图像的存储
5.3.2.1 存储的数据可通过数据处理软件进行回看及分析。
5.3.2.2 应保存原始图像,存储图像的格式应对图像细节的识别无影响。
5.3.2.3 存储介质应防磁、防尘、防水、防挤压和防划伤。
5.4 对比试块
对比试块应满足以下要求:
---对比试块与被检样品材料相同且无缺欠;
---对比试块的外形尺寸代表被检样品的特征,试块厚度与被检样品的厚度相同;
---对比试块的长度、宽度、厚度以及其他尺寸极限偏差为±0.01mm;
---对比试块的表面粗糙度不大于被检样品的表面粗糙度。
5.5 辅助器材
5.5.1 比色皿。材质为聚乙烯、聚苯乙烯或JGS3石英,比色皿光路通过侧应具有明显标记。图3为比
色皿示意图。
标引序号说明:
1---非光路通过侧;
2---光路通过侧;
3---比色皿盖子;
4---光路通过侧标记;
5---透射光路。
图3 比色皿示意图
5.5.2 移液枪。量程为1mL~20mL。
5.5.3 千分尺。测量精度不低于0.01mm。
5.5.4 分辨率测试板。采用标准分辨率测试板或自行设计制作的分辨率测试板(见附录A),材质可采
用陶瓷或有机玻璃。
5.5.5 载物台。应具有样品夹持功能,且垂直方向、水平方向可调。
5.6 检测环境
环境温度、湿度应符合仪器制造商的相关要求。
5.7 检查、维护和校准
仪器应定期检查、维护和校准,仪器的校准按照JJF1603的相关要求执行。
6 检测技术
6.1 检测方法选择
水分含量的检测应采用透射法,缺欠的检测应根据被检样品形态、尺寸等要求选择反射法或透
射法。
6.2 检测前准备
6.2.1 水分含量检测前准备
6.2.1.1 建立标准曲线
检测前,按照附录B建立被检样品的标准曲线,标准曲线的线性回归方程见公式(1):
mc=aSα+b (1)
式中:
mc---被检样品的水分含量,固体绝缘材料单位为百分比(%),液体绝缘材料单位为毫克每升
(mg/L);
Sα ---被检样品的吸收光谱积分值;
a ---标准曲线的斜率;
b ---标准曲线的截距。
6.2.1.2 制备被检样品
检测前,应按以下要求制备被检样品。
a) 液体绝缘材料被检样品:用移液枪量取3.5mL被检液体绝缘样品于比色皿中,盖上比色皿盖
子密封。被检样品制备过程中,不应触摸比色皿前后光路通过的部分。
b) 固体绝缘材料被检样品:用无尘纸擦去固体绝缘材料表面多余的液体绝缘材料,并根据载物台
放置尺寸要求进行裁剪。
6.2.1.3 被检样品厚度测定
被检样品的厚度使用千分尺测量。
注:液体绝缘材料的厚度为光路通过侧比色皿前后壁之间的距离。
6.2.2 缺欠检测前准备
6.2.2.1 表面处理
应去除被检样品表面的灰尘、油脂以及腐蚀产物等,并避免损伤被检样品的表面。
6.2.2.2 扫查装置选择
根据检测目的选择扫查装置。当检测空间足够或被检样品表面为曲面时,宜采用全自动扫查装置;
当空间不足时,宜采用手持式或轨道式等手动扫查装置。
6.3 检测仪器调试
仪器开机,开启硬件后采集太赫兹信号,采用分辨率测试板对检测仪器的成像分辨率进行检查,其
成像分辨率应满足5.1b)的要求,否则应进行校正。
6.4 检测程序
6.4.1 水分含量检测
6.4.1.1 被检样品放置
按6.2.1.2的规定完成制备的被检样品置于载物台。调节载物台的垂直高度和水平位置,确保被检
样品位于光路中心,焦点尺寸应小于被检样品入射面宽度的40%。
6.4.1.2 参数设置
采集频率不应低于35Hz,检测模式应选择光谱多次叠加工作模式。
6.4.1.3 采集参考信号
参考信号的采集应符合以下要求:
a) 液体绝缘材料:采集被检样品使用的同批次空白比色皿的太赫兹检测信号作为参考信号;
b) 固体绝缘材料:采集环境空气的太赫兹检测信号作为参考信号。
6.4.1.4 采集被检样品信号
保持环境温湿度与参考信号采集时一致,采集被检样品的太赫兹信号,获得吸收光谱。
6.4.1.5 获取被检样品吸收光谱积分值
根据检测得到的吸收光谱,读取或计算被检样品的吸收光谱积分值Sα。
注:吸收光谱积分值Sα的计算见附录C。
6.4.2 缺欠检测
6.4.2.1 调整太赫兹波入射角度
采用反射法检测时,调整太赫兹波入射角度θ,θ不应大于25°。对于固定入射角度的太赫兹探头无
需调整。
6.4.2.2 对焦
将被检样品置于太赫兹探头的景深范围内,调整探头与被检样品之间的距离,并符合以下要求:
a) 反射法:当信号极差值最大时,被检样品表面处于焦平面上;
b) 透射法:焦平面位于太赫兹发射器与接收器的物理中心点上,可通过定位装置确定。
6.4.2.3 设置检测参数
时间扫描范围根据被检样品的厚度确定,其设定应大于被检样品的厚度。检测模式应选择光谱多
次叠加工作模式。
6.4.2.4 采集参考信号
采用反射法检测时,采集对比试块的检测信号作为被检样品的参考信号,读取并记录上下表面反射
峰的时间延迟差Δt。
6.4.2.5 扫描成像
设置扫描区域,扫描区域应大于被检样品待测区域。初次扫描应根据检测缺欠的要求设置扫描步
长,发现异常区域后,将扫描步长设置为初次扫描步长的1/2,并采集异常图像。
6.4.2.6 采集特征信号
采用反射法检测时,应在6.4.2.5确定的异常区域内采集特征信号并保存。采集点不宜少于
3点,读取并记录各点特征峰的时间位置。
6.5 结果分析
6.5.1 水分含量检测结果计算
将检测得到的吸收光谱积分值Sα代入公式(1),计算被检样品的水分含量mc。
6.5.2 缺欠检测结果分析
6.5.2.1 光谱分析
6.5.2.1.1 缺欠认定
与按6.4.2.4确定的参考信号进行比较,符合以下条件之一认定为缺欠:
a) 被检样品表面和底面反射峰之间存在其他反射峰;
b) 被检样品无底面反射峰,且在被检样品表面和对比试块底面反射峰之间存在其他反射峰。
注1:绝缘材料常见典型缺欠波形图见附录D。
注2:缺欠认定仅适用于反射法。
6.5.2.1.2 缺欠深度
按6.4.2.6描述的方法采集的数据,按公式(2)计算缺欠深度:
H =
cΔt1
2n0
sinθ
n0
(2)
式中:
H ---缺欠深度,单位为厘米(cm);
c ---光速,单位为米每秒(m/s);
Δt1 ---被检样品上表面与缺欠上表面反射峰之间的时间延迟差,单位为皮秒(ps);
n0 ---被检样品折射率;
θ ---太赫兹波入射角度,单位为度(°)。
注:缺欠深度的计算仅适用于反射法。
6.5.2.1.3 缺欠纵向尺寸
按6.4.2.4和6.4.2.6描述的方法采集的数据,按公式(3)计算缺欠纵向尺寸:
h=
c(Δt-Δt1-Δt2)
2n0
sinθ
n0
(3)
式中:
h ---缺欠纵向尺寸,单位为厘米(cm);
c ---光速,单位为米每秒(m/s);
Δt2---缺欠下表面与被检样品下表面反射峰之间的时间延迟差,单位为皮秒(ps);
θ ---太赫兹波入射角度,单位为度(°)。
注:缺欠纵向尺寸的计算仅适用于反射法。
6.5.2.2 图像分析
6.5.2.2.1 缺欠特征提取
使用仪器的测量功能提取周长、坐标等信息,确定缺欠的相对位置,并对检测图像和被检样品进行
标记和标注。
6.5.2.2.2 缺欠面积
使用仪器的测量功能确定被检样品缺欠区域占有的像素点数m,并按附录E的规定计算缺欠
面积。
6.6 仪器复核
当出现下列情况之一时,应进行仪器复核:
---对检测结果有怀疑时;
---检测结束后。
仪器复核应按照以下要求进行。
a) 水分含量检测。在与被检样品相同的检测条件下,采集与被检样品同批次的空白比色皿的太
赫兹信号,信号强度的变化不应超过参考信号的±10%。
b) 缺欠检测。在与被检样品相同的检测条件下:采集对比试块的太赫兹信号,信号强度的变化不
应超过参考信号的±10%;对分辨率测试板进行扫描成像,成像分辨率应满足5.1b)的要求。
7 检测记录和报告
7.1 检测记录
检测记录应至少包括以下内容:
a) 委托单位;
b) 检测单位;
c) 测量方法;
d) 被检样品的名称、规格、材质、编号;
e) 测量点位置描述或标示;
f) 设备及探头型号;
g) 环境温度、湿度;
h) 被检样品折射率;
i) 被检样品标准曲线;
j) 被检样品水分含量;
k) 缺欠类型,缺欠深度、缺欠纵向尺寸及面积特征的定量描述;
l) 检测人员、检测时间。
7.2 报告
检测报告应至少包括以下内容:
a) 委托单位;
b) 检测单位;
c) 被检样品名称、规格、材质、编号;
d) 设备及探头型号;
e) 环境温度、湿度;
f) 执行标准;
g) 检测结果;
h) 检测日期;
i) 检测人员和审核人员。
附 录 A
(资料性)
分辨率测试板设计规则
分辨率测试板由一系列大小不同的测试元素组成,测试元素由2组相互垂直的线对组成,线对由
3条长度和宽度相同的平行线条组成,具体的尺寸构成见图A.1。
单位为毫米
标引说明:
1---测试元素;
2---线对;
3---线条;
4---空白间隔;
X---每毫米的线对数,单位为线对每毫米(lp/mm)。
图A.1 分辨率测试板通用尺寸要求
附 录 B
(规范性)
绝缘材料太赫兹水分含量检测标准曲线的建立
B.1 标准样品制备
B.1.1 制备要求
标准样品制备应符合以下要求:
a) 标准样品与被检样品材料相同;
b) 标准样品的制备数量不少于5个;
c) 液体绝缘材料标准样品无可视悬浮游离水。
B.1.2 液体绝缘材料标准样品及测试样品的制备
B.1.2.1 标准样品制备
量取500mL待制备的液体绝缘材料样品(在压力为5kPa,温度为90℃条件下真空干燥48h)于
干净干燥的容器中,使用微量进样器加入80μL纯水后密封并充分混合(在60℃条件下,超声振荡
10min后搅拌2h)。
混合完成后,在5min内分装至容量为20mL的顶空气相瓶中,并迅速放入真空干燥箱内。干燥
压力设置为5kPa,干燥温度设置为90℃,设置梯度干燥时间,制备梯度水分含量液体绝缘材料标准
样品。
注1:不同液体绝缘材料设置梯度干燥时间不同,矿物绝缘油梯度干燥时间的设定参考值为0h、1h、2h、3h、4h、
6h、8h、12h、24h、48h、72h。
注2:标准样品制备完成后置于4℃环境下冷藏保存,保质期为3个月。
B.1.2.2 测试样品制备
将B.1.2.1中制备的标准样品按6.2.1.2a)的步骤制备测试样品。
B.1.3 固体绝缘材料标准样品及测试样品的制备
B.1.3.1 标准样品制备
将待制备的固体绝缘材料样品置于同一环境下充分吸潮后放入鼓风干燥箱内,设定梯度干燥时间
制备梯度水分含量的固体绝缘材料标准样品。
注1:不同固体绝缘材料设置的梯度干燥时间不同,绝缘油纸的梯度干燥时间设定参考值为0min、10min、20min、
30min、40min、60min、80min、100min、120min、150min、180min、240min、480min、1440min。
注2:标准样品制备完成后置于绝缘油(在压力为5kPa,温度为90℃条件下真空干燥48h)或抽真空的密封袋
中,常温避光保存,保质期为3个月。
B.1.3.2 测试样品制备
将B.1.3.1中制备的样品按6.2.1.2b)的步骤制备测试样品。
B.2 绝缘材料标准样品测定
B.2.1 标准样品水分含量测定
液体绝缘材料标准样品按GB/T 7600描述的方法对测试样品进行检测,记录水分含量,作为液体
绝缘材料标准曲线的mc'值。
固体绝缘材料标准样品按IEC 60814描述的方法对测试样品进行检测,记录水分含量,作为固体绝
缘材料标准曲线的mc'值。
B.2.2 标准样品太赫兹信号采集
B.2.2.1 采集参考信号
按6.4.1描述的方法采集参考信号。
B.2.2.2 采集样品信号
按6.4.1描述的方法采集测试样品的样品信号,获得吸收光谱。
B.2.2.3 获取标准样品吸收光谱积分值
根据检测得到的吸收光谱读取或计算标准样品的吸收光谱积分值Sα'。
注:吸收光谱积分值Sα'的计算见附录C。
B.3 建立标准曲线
以标准样品的吸收光谱积分值Sα'为横坐标,水分含量mc'为纵坐标,建立标准曲线,标准曲线的
皮尔逊相关系数r不应小于0.8。图B.1为某液体绝缘材料的标准曲线示意图。
标引说明:
1 ---标准曲线;
b ---标准曲线的截距;
mc'---标准样品的水分含量,单位为毫克每升(mg/L);
Sα'---标准样品的吸收光谱积分值。
图B.1 某液体绝缘材料的标准曲线示意图
对于同一厂家、同一型号的绝缘材料样品,在检测温度±5℃、相对湿度±10%条件下,可采用同一
标准曲线。
附 录 C
(规范性)
吸收光谱积分值的计算
C.1 吸收光谱积分值的计算
按公式(C.1)计算被检样品的吸收光谱:
α(ω)=
ds
ln|
Er(ω)|
|Es(ω)|
(C.1)
式中:
α(ω) ---被检样品的吸收光谱;
ds ---被检样品厚度,单位为厘米(cm);
Er(ω) ---被检样品的参考频域光谱;
Es(ω) ---被检样品的样品频域光谱。
按公式(C.2)计算被检样品的吸收光谱积分值:
Sα=∫
ω2
ω1
α(ω)dω (C.2)
式中:
Sα---被检样品的吸收光谱积分值;
ω1---吸收光谱积分区间下限值;
ω2---吸收光谱积分区间上限值。
注:检测时如对检测结果有怀疑,按C.2重新确定积分上下限。
C.2 吸收光谱积分上下限的取值规则
C.2.1 吸收光谱积分区间选择
吸收光谱积分区间通常选择0.3THz~1THz。
C.2.2 采集本底噪声
在透射检测模式下,采用金属挡板遮挡光路,采集叠加100次的太赫兹频域光谱作为本底噪声
Enoise(ω),本底噪声示意图见图C.1。
标引符号说明:
F ---频率,单位为太赫兹(THz);
A ---幅值,单位为毫伏(mV)。
图C.1 本底噪声示意图
C.2.3 计算最大可信吸收系数
按公式(C.3)计算最大可信吸收系数αmax(ω):
αmax(ω)=
ds
ln |
Er(ω)|
|Enoise(ω)|
(C.3)
式中:
Enoise(ω)---噪声信号太赫兹频域光谱。
C.2.4 积分区间的确定
在0.1THz~1THz内,选取最大可信吸收系数αmax(ω)不小于样品吸收系数α(ω)的频段作为太赫
兹特征量的积分区间。将吸收系数α(ω)大于0的最小频率作为积分下限ω1,最大可信吸收系数
αmax(ω)等于样品吸收系数α(ω)的频率为ω2。其中,样品吸收系数按B.2.2进行检测,样品吸收系数按
公式(C.1)计算。样品吸收系数曲线与最大可信吸收系数曲线示意图见图C.2。
标引说明:
1 ---样品吸收系数曲线;
2 ---最大可信吸收系数曲线;
3 ---最大可信吸收系数曲线与样品吸收系数曲线交点;
F ---频率,单位为太赫兹(THz);......
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