桂建廷 王運柯 王 玨 徐 濤

河南南陽供電公司 河南 南陽 473000

1 太赫茲波簡介

太赫茲（THz）波是指頻率在 0.1～10THz（波長為3000～30um）范圍內(nèi)的電磁波，在長波段與毫米波相重合，在短波段與紅外光相重合，是宏觀經(jīng)典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)，也是電子學向光子學的過渡區(qū)，稱為電磁波譜的 “太赫茲空隙（Tnzgap）”。

與其他射線相比，太赫茲波的頻率范圍處于電子學和光子學的交叉區(qū)域，性質(zhì)表現(xiàn)出一系列不同于其它電磁輻射的特殊性，其突出的特點在于：

1）極強的穿透能力

太赫茲射線能以很小的衰減穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物質(zhì)，還可無損穿透墻壁、沙塵煙霧，使其能在某些特殊領域發(fā)揮作用。

2）探測安全性高

太赫茲射線不同于X射線，它是一種不電離的射線，具有較低的光子能量。1THz頻率的光子能量只有4meV，因此不會如X射線（keV量級）那樣在生物組織中產(chǎn)生有害的光致電離，也不容易破壞被檢測物質(zhì)。如果用太赫茲檢測物質(zhì)，就可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部瑕疵而又不損害該物質(zhì)。

3）良好的物質(zhì)識別能力

太赫茲射線單個脈沖的頻帶可以覆蓋從GHz直至幾十THz的范圍，許多生物大分子的振動和轉(zhuǎn)動能級，電介質(zhì)、半導體材料、超導材料、薄膜材料等的聲子振動能級落在其波段范圍。由于每種材料的太赫茲頻譜特征是不同的，因此只要建立了這些物質(zhì)的太赫茲頻譜特征數(shù)據(jù)庫，就可以采取“指紋”識別的方法來對物質(zhì)進行檢測。

4）強大的成像能力

通過采集太赫茲波反射波并利用成像系統(tǒng)，對樣品振幅或相位信息進行處理和分析，就可以得到樣品的THz圖像。太赫茲波成像的顯著特點是信息量大，可準確顯示物質(zhì)的內(nèi)外部信息，目前太赫茲顯微成像的分辨率已達到幾十微米。

5）抗背景噪聲干擾能力強

THz脈沖的典型脈寬在皮秒量級，不但能夠方便地進行時間分辨的研究，而且利用取樣測量技術，可以有效地抑制背景輻射噪聲的干擾。目前，脈沖THz輻射通常只有較低的THz射線平均功率，但是由于THz脈沖有很高的峰值功率，而且采用相干探測技術獲得的是THz脈沖的實時功率而不是平均功率，因此有很高的信噪比。目前，THz輻射強度測量的信噪比可大于10倍以上，在時域光譜系統(tǒng)中的信噪比可達105或更高。

6）大容量、高保密的寬帶信息載體

太赫茲波方向性好，散射小、頻帶寬、測量信噪比高，適合于大容量與高保密的數(shù)據(jù)傳輸，而且太赫茲波處于高載波頻率范圍，是目前手機通信頻率的1000倍左右，可提供10OB／s的無線傳輸速率。利用太赫茲波進行無線電通信，可以極大地增寬無線電通信網(wǎng)絡的頻帶，使無線移動高速信息網(wǎng)絡成為現(xiàn)實。

基于以上特點，太赫茲技術得到各國政府及研究機構(gòu)的高度重視，成為當前電磁波研究的前沿和熱門。2004年，美國政府將太赫茲科技評為“改變未來世界的十大技術”之四，2005年，日本將太赫茲技術列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標”之首，舉全國之力進行研發(fā)。我國政府也在2005年11月專門召開了“香山科技會議”，邀請國內(nèi)多位在太赫茲研究領域有影響的院士專門討論我國太赫茲事業(yè)的發(fā)展方向，并制定了我國太赫茲技術的發(fā)展規(guī)劃。

2 太赫茲技術在電力系統(tǒng)的應用前景

當前，太赫茲技術已經(jīng)廣泛運用在物理學、化學、生物醫(yī)學、天文學、材料科學和環(huán)境科學等領域，其廣袤的科學前景為世界所公認。電力系統(tǒng)作為技術密集型企業(yè)，太赫茲技術在電力系統(tǒng)中的應用前景同樣令人矚目。

1）地下電纜故障的檢測

隨著時代的發(fā)展，電纜的應用日益廣泛，全面替代架空線路已成為城市配電網(wǎng)建設的必然趨勢。但由于電纜多埋于地下，一旦發(fā)生故障，尋找起來十分困難。目前，在地下電纜故障點的檢測中主要采取測量雙端電氣信號進行故障定位，但由于實際情況的復雜性，電纜故障定位的精度最多達到十米級，只能在測算出大致區(qū)域后采取全面挖掘的方式查找，往往費時費力，影響人們?nèi)粘Ｉ畈⒃斐删薮蟮慕?jīng)濟損失。因此，如何準確、迅速、經(jīng)濟地找出故障點，對于供電企業(yè)而言尤為重要。

太赫茲探測器可以很好的解決這個問題。由于非金屬材料對THz射線的吸收較小，因此其輻射能以很小的衰減穿透諸如陶瓷、碳板、布料、塑料、沙塵等物質(zhì)，甚至可無損穿透墻壁、干燥土層等，如果能夠利用太赫茲技術，研發(fā)出一種便攜式的探測儀，就可以方便的查找電纜表面的破損點，甚至可以利用太赫茲波對溫度、磁場的敏感性查找非表面破損的故障點。

2）電力元器件質(zhì)量檢測

電力系統(tǒng)是一個由上萬個元器件通過復雜聯(lián)系構(gòu)成的系統(tǒng)。如果任一個元器件出現(xiàn)問題，都會影響整個系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。日常工作中，電力工人需要經(jīng)常性地對線路進行巡檢，而在建設過程中，也需要耗費大量人力物力來檢測元器件的完好。如果使用太赫茲探測器完成維護或者測試中的器件檢測工作，不僅可以節(jié)省人力物力，而且可以提高檢測準確度。

太赫茲波具有低能性，不會損壞被檢測元器件。可以實現(xiàn)無損檢測。利用太赫茲檢測器。檢測人員可以得到非金屬表面被檢測元器件的完整信息。包括厚度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密度分布、內(nèi)壁情況等，準確掌握了器件情況，檢測人員就可以在發(fā)現(xiàn)問題時采取正確的補救措施。同時，太赫茲波對人體的損害幾乎為零，因此用太赫茲探測器進行電器設備質(zhì)量檢測，兼顧了安全性和準確性兩項要求。

3）反竊電查處

當前，國內(nèi)各地竊電現(xiàn)象比較普遍，而且日益呈現(xiàn)高科技化、網(wǎng)絡化趨勢，給供電企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟損失。面對竊電行為的嚴重危害，供電企業(yè)在維護自身合法權(quán)益方面受到種種限制而顯得辦法不多。首先，查處竊電必須遵循嚴格的法定程序，這樣就給竊電者留有一定的時間、空間銷毀證據(jù)，使得竊電行為難以發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)后難以取證；其次，在未掌握十分確鑿證據(jù)的情況下，供電企業(yè)考慮社會影響，不能貿(mào)然進入有竊電嫌疑的客戶室內(nèi)進行檢查，導致一些竊電行為得不到及時懲處；再次，竊電現(xiàn)場查處時，竊電分子往往會采取暴力手段抗拒執(zhí)法，給工作人員帶來極大的人身危險性。最后，反竊電主要依靠工作人員的經(jīng)驗，現(xiàn)場技術支持能力不足，導致一些較為隱蔽的竊電手段難以發(fā)現(xiàn)。針對上述問題，研制竊電遙測系統(tǒng)，利用現(xiàn)代化手段，實現(xiàn)遠距離線損監(jiān)測、竊電測定及證據(jù)取證功能，是查處竊電行為的有效措施。

當然，受無法穿透金屬表層的局限，利用太赫茲技術對金屬表箱內(nèi)部接線進行排查尚無法實現(xiàn)，但如果供電企業(yè)轉(zhuǎn)變思維，逐步把金屬表殼換成塑鋼或其他非金屬材料，則不僅可以降低成本，提高安全性，同時也為遙測反竊電技術的運用奠定了基礎。另外，利用太赫茲波對塑料材質(zhì)的良好穿透性，實現(xiàn)電能表現(xiàn)場無損檢驗從目前來說已經(jīng)不存在技術瓶頸。

4）電網(wǎng)通訊

隨著電網(wǎng)朝著智能化方向發(fā)展，要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來越大，如何以較低的成本和周期建立起能夠適應復雜電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和需求特點的，實用、可靠、實時、覆蓋面廣、靈活性好的電網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸系統(tǒng)，滿足電網(wǎng)各方面對信息傳輸?shù)男枨?，是供電企業(yè)需要考慮的問題，借助太赫茲技術，布設短程地面無線局域網(wǎng)是值得考慮的思路之一。

太赫茲無線網(wǎng)絡布設簡單，耗時少，不易損壞，可傳輸相當于有線網(wǎng)絡的信息量，即使在露天場地，遇到沙塵、煙霧等惡劣環(huán)境，依然可以有效保證通信質(zhì)量，實現(xiàn)全天候工作。同時，太赫茲波的寬帶性有效的擴展了電磁頻譜的范圍，大大增加了可用通信頻率的選擇機會。

作為一門具有廣泛應用前景的新興學科，太赫茲技術在電力系統(tǒng)中具有十分廣闊的應用前景，本文僅就其中的幾個方面進行了初步的探討，希望起到拋磚引玉的作用。

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