[发明专利]改进电声脉冲法的交直流空间电荷测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过改进电声脉冲法，实现交直流空间电荷测量的系统，同时还涉及一种测量方法。

背景技术

聚合物材料在直流电压下的空间电荷已经有大量研究，但在交流电压下的空间电荷特性却受到限制，其中主要的技术原因由于交流电压下变化的幅值，以及需要测量的时间间隔更短从而需要更高的数据采集速率。近年来，随着特高压交直流输电技术的发展，对绝缘材料的绝缘性能提出了更高的要求，由于极性反转形成的电荷注入/提取与绝缘材料老化降解之间的关系仍不清楚。因此，理解交流下空间电荷的动力学对理解材料老化机理有重要意义。

电声脉冲法(PEA)作为一种广为应用的空间电荷测量技术，它是利用高压电脉冲和绝缘介质中的电荷层的相互作用产生与材料中的电荷成正比的声压力波。这些压力波可以通过压电传感器并转化为电信号并放大从而被数字示波器获取。

交流条件下空间电荷信号的获取时间是影响其测量的一个重要因素，这是因为交流电压幅值随时间变化，只有通过数据的高速获取才能更好表征其电荷动力学。近年来，只有少量文献对交流电压下空间电荷进行报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种改进电声脉冲法的交直流空间电荷测量系统，可以实现对交流或直流电压下的空间电荷的实时测量。本发明的目的之二是提供一种改进电声脉冲法的交直流空间电荷测量方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

所述系统包括脉冲发生器、Eclipse信号平均控制器、高压脉冲发生器、PEA测量单元、信号发生装置和处理主机；

所述脉冲发生器用于产生TTL触发信号至Eclipse信号平均控制器，所述Eclipse信号平均控制器接收TTL触发信号后，触发输出启动信号至高压脉冲发生器，所述高压脉冲发生器输出高压脉冲至PEA测量单元；

所述信号发生装置用于输出电压信号至PEA测量单元，所述PEA测量单元输出PEA信号至Eclipse信号平均控制器，PEA信号通过Eclipse信号平均控制器采集和数字化后输出至处理主机；

在Eclipse产生触发信号以后，系统将会连续性地采样被测试品的电压信号，采样间隔由时钟与Eclipse产生的触发信号共同决定；采用连续采样，不断得到的新的采样信号点将与先前扫描得到的已知点对比并合成为完整的被测试品的采样记录。

进一步，所述信号发生装置为直流电源和/或交流信号发生装置，所述交流信号发生装置包括函数发生器和高压放大器，通过函数发生器对脉冲发生器和高压放大器二者同时施加触发信号实现高压脉冲和交流信号输入，所述脉冲发生器、Eclipse信号平均控制器、高压脉冲发生器和放大后的高压都施加于PEA系统的测量室中；

进一步，所述脉冲发生器采用频率低于3kHz、窄脉冲宽度在300ns和1us之间、脉冲幅度在3V以上的HP8180脉冲发生器；

进一步，所述高压脉冲发生器采用固态开关的超快速高压晶体管，能产生最高为4kV、窄脉冲宽度为5ns的高压，最高转换频率为3kHz；

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该改进电声脉冲法的交直流空间电荷测量方法，采用现有的PEA测量单元作为基本部件，通过Ecl ipse信号平均控制器触发启动高压脉冲发生器，提供高压脉冲至PEA测量单元，同时还通过信号发生装置输出电压信号至PEA测量单元，在两者的共同作用下，所述PEA测量单元输出PEA信号至Eclipse信号平均控制器，PEA信号通过Eclipse信号平均控制器采集和数字化后输出至处理主机。

进一步，在Eclipse触发产生以后，一系列的数字电压采样用于组成连续的扫描，采样时钟与触发输出信号之间的时间为采样间隔，不断送来扫描信号的结果样本点与先前扫描得到的已知点交织在一起产生完整记录；

进一步，所述信号发生装置为直流电源和/或交流信号发生装置，所述交流信号发生装置包括函数发生器和高压放大器，通过函数发生器对脉冲发生器和高压放大器二者同时施加触发信号实现高压脉冲和交流信号输入，所述脉冲发生器、Eclipse信号平均控制器、高压脉冲发生器和放大后的高压都施加于PEA系统的测量室中；

进一步，所述脉冲发生器采用频率低于3kHz、窄脉冲宽度在300ns和1us之间、脉冲幅度在3V以上的HP8180脉冲发生器；

进一步，所述高压脉冲发生器采用固态开关的超快速高压晶体管，能产生最高为4kV、窄脉冲宽度为5ns的高压，最高转换频率为3kHz。