面向电网安全检测的多谱段光电技术

面向电网安面向电网安多谱多谱段光段光多谱多谱段光段光南京大闫安全检测的安全检测的光电技术光电技术光电技术光电技术大学锋致力于多谱段电磁波0.1Hz—1kHz910~1036×极低频波段可见极低频波段可见太赫兹波段与红外波的极限传感与成像见光波段见光波段紫外波段紫外波段提日盲紫外波段——日盲紫外成日盲紫外波段日盲紫外成热红外波段——甚高灵敏度热“广谱低频波段”——1mHz纲成像技术及应用成像技术及应用热红外成像技术及应用z-1Hz广谱低频探测技术1.日盲紫外致力于多谱段电磁波0.1Hz—1kHz910~1036×日盲紫外日盲紫外外成像技术波的极限传感与成像日盲紫外波段（190-285n外波段日盲紫外波段（日盲紫外优势1可以实现“零”背景探测外波段1. 可以实现零背景探测2. 可以实现“单光子”灵敏理想的日盲紫外1数基基2敏威威电力对日盲紫外探测技术的要求外电力探测系统1.零背景干扰——光子计数准确，是定量化检测的基础基础2.单光子级灵敏度——灵敏检出电晕，不疏漏可疑威胁目标威胁目标求在大部分时候比军用还要高！“日全盲级”紫外10010-5率10-10量子效有测量设备探测极限10-910测极限26027028029030010-15260270280290300波长外成像响应曲线101521010子数/s/cm105太阳辐射光子地表太310320330340350310320330340350100长nm“日全盲级”紫外10010-5率10-10量子效有测量设备探测极限10-910测极限26027028029030010-15260270280290300波长外成像响应曲线101521010子数/s/cm105太阳辐射光子地表太可测量1017光310320330340350310320330340350100可测量1017光强变化的系统长nm“日全盲级”紫外10010-5率10-10量子效有测量设备探测极限10-910测极限26027028029030010-15260270280290300波长日全盲级外成像响应曲线101521010子数/s/cm105太阳辐射光子地表太310320330340350310320330340350100长nm级紫外响应曲线Æ波长280nm以上的漏光0.1光子/s/平方厘米日盲紫外成像技日全盲日全盲技术及等级差异“日全盲”级紫外“日全盲“日全盲外成像技术优势1.零背景干扰——光子数准确，是定量化检测基础基础2.单光子级灵敏度——敏检出电晕，不疏漏可威胁目标威胁目标盲”级盲”级紫外成像仪在带电参与电力行业紫外导则修订工作定性→定量定性→定量基本用途：消缺应用案例：零值绝缘子、电磁环电检修中的应用作，推进紫外成像仪标准化检测环境干扰、电能损耗日盲紫外成像技导线表面严重污秽绝缘瓷柱表面严重高压隔离开关尖端放电均压环表面粗糙技术应用效果重污秽新闻联播20170201新春走基层“电力蜘蛛侠”：只为点新春走层力蜘蛛侠只为点万家灯火糙放电2.甚高灵敏度热0.1Hz—1kHz910~1036×热红外波段热红外波段热红外成像技术热红外（～10微米）段热红外优势直接被动测量温度场段直接被动测量温度场热红外成像•现有仪器水平–NETD=50-80mK•甚高灵敏度红外成像仪器NETD5K–NETD=5mK•较现有技术提升一个数量级•温度场测量细节数量提升一•对温度场精准测量，“可以*NETD:NoiseEquivalentTemperatureDifference（红外成像仪可像性能提升器水平级以上一个数量级以上以”感知内部状态可分辨的最小温差）甚高灵敏度红红外成像仪HgCdTe制冷线扫描相机g制冷扫相机NETD=5mK像素规模：1024×15mK热红外对背拍摄面拍摄面背面背面物体的成像红外5mK红外甚高灵敏度、大动态可见光可见光态范围热红外成像热红外热红外100dB动态范围NEDT=5mK50米外墙50米外墙体墙体细节可见光350米外墙350米外墙体墙体细节可见光5mK热红外希望甚高灵敏度红外成像技术可以外人体成像以解决电力巡检目前的一些难题3.广谱低频信0.001Hz—1kHz广广谱低频波段12广谱低频波段2信号探测技术谱低频波段（0.001Hz-1kHz）广谱低频优势.电力系统工作在该频段5060H载波可以把更低频.50～60Hz载波可以把更低频的信号传输出来广谱低电力设备、电力线发出的50Hz工频信号动物、人体号如心电地震波号如心电、地震波低频信源地球与大气之间舒曼波7.83 Hz体生物电信脑电等运动物体引起的极低频电信号脑电等广谱低频信等效等效Qv极低频信号效阻抗R效电容CRC能不能非接触测信号探测机理决定灵敏度与检测电荷数QC决定灵敏度与检测电荷数CQv=10610410ber210argeNumb0102Cha1mvSensitivity1μvSensitivity01020304050100Capacitance(pF)1μvSensitivity量低频电信号广谱低频信等效等效Qv极低频信号效阻抗R效电容CRC实现低频信号高灵敏度检测“信号探测机理决定灵敏度与检测电荷数QC决定灵敏度与检测电荷数CQv=10610410ber210argeNumb0102Cha1mvSensitivity1μvSensitivity01020304050100Capacitance(pF)1μvSensitivity希望”降低传感器输入电容广谱低频信等等vQ极低频信号等效阻抗等效电容B)抗R容Cmplited(dBAm实以低频信高敏度检测实现1Hz以下低频信号高灵敏度检测信号探测机理C决定灵敏度CQv=fRC1=τR决定检测信号最低频率100510B)C=10pF-50mplitued(dBR=10GΩf=1.59HzR=100GΩf=0.159HzR=1TΩf=0.0159HzR=1GΩf=15.9Hz-15-10Am必须使超高输入抗传感10-310-210-1100101102-20Frequency(Hz)“必须”使用超高输入阻抗传感器广谱低频52.1 mmmm0itued(dB)2.3 m-5Ampli入阻抗：大于1x1012Ω-10效输入噪声：0.77μV@（0.1-100Hz）10-210新型广谱低频传感芯片输入阻抗达1T新型广谱低频传感芯片输入阻抗达1T1KHz低频信号，等效输频探测芯片C10FC=10pFR=1TΩ0.01Hz—1kHz金属腐蚀运动目标生物电信号电力电场10-1100101102103Frequency(Hz)TΩ可以高灵敏度探测001H到TΩ，可以高灵敏度探测0.01Hz到输入噪声小于100电子鲨鱼仿生极低极低频生物首次实现首次实现非接触方测得标准体心电信首款、可穿戴、高度监测心电（EC度监测心电（EC脉搏波(PPG)信号Vealth健康管理低频探测进展物电信号检测12非接触测胸口现246810V)非接触测胸口现-8-6-4-20Amp(mV方式准人1717.51818.51919.52020.52121.522-12-10Time(s)信号高精CG）CG）、号理终端鲨鱼仿生极低极低频运动物体基于三个探测器的时间差实现运动目标精准定位低频探测进展体电场信号探测‡10 m 远可探测到手挥动0远可探测到手挥动‡1m 内可探测手指轻微拨动‡隔墙可探测到手挥动鲨鱼仿生极低极低频运动物体汽车经低频探测进展体电场信号探测经过探测鲨鱼仿生极低极低频运动物体人体低频探测进展体电场信号探测体经过探测GIS电场信号探40远处1测试500A20e远处1m测试500A远处1m测试1000A远处1m测试背景200tiveAmplitude-40-20Relat020406080100120-60Frequency(Hz)传感器紧贴探测与远场传感器紧贴探测与远场探测初步结果80单电极贴上去测试500A4060de单电极贴上去测试500A单电极贴上去测试1000A2040tiveAmplitud-200Relat020406080100120-40Frequency(Hz)1m探测频谱信息相近1 m 探测频谱信息相近GIS电场信号探40远处1测试500A20e远处1m测试500A远处1m测试1000A远处1m测试背景200tiveAmplitude-40-20Relat020406080100120-60Frequency(Hz)希望广谱低频传感技术可以希望广谱低频传感技术可以探测初步结果80单电极贴上去测试500A4060de单电极贴上去测试500A单电极贴上去测试1000A2040tiveAmplitud-200Relat020406080100120-40Frequency(Hz)以为电力巡检中发挥作用以为电力巡检中发挥作用谢谢！谢谢！谢谢！谢谢！运动电场信‡‡‡‡基于三个探测器的时间差实现运动目标精准定位信号探测‡1m内可探测手指轻微拨动‡1m 内可探测手指轻微拨动‡10 m 远可探测到手挥动‡隔墙可探测到手挥动隔墙可探测到手挥动云楼墙体内部楼墙体内部钢筋结构远山纹理细节