[实用新型]一种多功能空间电荷测量系统

说明书

技术领域

本实用新型属于使用电声脉冲法进行介质材料内空间电荷测量技术领域，具体涉及一种多功能空间电荷测量系统。

背景技术

绝缘介质作为电气、电子器件的关键组成部分，其电气、老化性能直接影响到设备运行的可靠性和寿命。研究表明，空间电荷是引起聚合物电老化的一个重要因素，材料的空间电荷分布能直观反映聚合物电老化程度、机构破坏、陷阱密度及其分布。太空环境对导致天器可靠性影响最严重的是各种能量的电子，电子聚集在介质材料内部或表面都会形成高静电电位，并引发严重影响电子系统正常工作的脉冲放电，严重时直接导致电子器件击穿或烧毁。研究介质材料在高能电子辐照下的空间电荷分布，对于保证航天器的运行可靠性和寿命具有重要意义。

经过20多年发展，电声脉冲法(PEA)已被广泛应用于研究固体绝缘介质中空间电荷分布。但是基于电声脉冲法的常规测量空间电荷系统不能用于模拟空间环境进行电子束辐照情况下的空间电荷在线测量，且适用试样规格范围极为狭窄，仅为0.5mm厚度以下。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种多功能空间电荷测量系统，该系统不仅具有常规空间电荷测量功能，而且将测量范围扩展至5mm及以下厚试样，并且具备在模拟空间真空高能电子环境下对不同厚度的板状材料试样电荷注入和消散规律以及电荷、电场分布进行在线测量的功能。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种多功能空间电荷测量系统，包括测量上电极1，测量下电极12，与测量上电极1脉冲接入端连接的可调脉冲参数的脉冲发生装置2，与测量上电极1高压接入端连接的直流高压源3，试样设置在测量上电极1和测量下电极12间；所述测量下电极12包括金属外壳8，设置在金属外壳8顶部并与试样的下表面接触的下电极上盖板4，设置在金属外壳8内并与下电极上盖板4下表面紧贴的可改变厚度的薄膜传感器5，罩在薄膜传感器5外部的金属屏蔽壳6，与薄膜传感器5相连的低噪声放大器7，镶嵌在金属外壳8上的面板接头9，面板接头9中有一个信号传输口和一个电源接入口，分别用于传出低噪声放大器7放大的信号和给低噪声放大器7供电，低噪声放大器7与面板接头9相连；与面板接头9的信号传输口连接的积分电路匹配线10，连接在积分电路匹配线10另一端的示波器11。

所述测量上电极1为申请人自主实用新型专利(专利号：ZL 2011 1 0359855.X)中的电极。

所述脉冲发生装置2能够根据试样厚度调节输入脉冲信号的幅值和脉宽，同时薄膜传感器5通过调节薄膜的厚度以适应不同厚度试样的测量，使得整个测量系统实现对不同厚度的板状试样材料进行测量；所述脉冲发生装置2的脉冲幅值可调范围为0～3600V，脉宽的调节范围为5ns～150ns；薄膜传感器5的薄膜厚度调节范围为5μm～100μm；可测量的试样厚度范围为0.1mm～5mm。

该系统在一般大气环境下外加直流高压进行常规测量，施加电压范围为1kV～50kV；同时也能够在电子辐照环境下实时测量试样的空间电荷分布情况，电子能量范围为10keV～10MeV，且该系统在垂直辐射和水平辐射的情况下都可进行实验测量。

所述测量上电极1和测量下电极12通过螺杆和螺母固定连接。

所述积分电路匹配线10主要由电容和电阻构成，用于消除波形的畸变。

本实用新型和现有技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型多功能空间电荷测量系统与普通的空间电荷测量系统相比较的优点如下：(1)该系统可以在一般大气环境下施加直流高压进行常规测量；(2)测量试样厚度由0.1mm一下扩展至5mm；(3)可以在电子辐照的环境下在线测量空间电荷。外加直流电压的调节范围为1kV～50kV，电子辐射能能量的变化范围为10keV～10MeV。

2、脉冲发生装置2可以根据所测试样厚度连续调节输入脉冲信号的幅值和脉宽，薄膜传感器5可以根据所测试样厚度调节传感器的厚度，以获得测量不同板状试样所需的测量灵敏度和分辨率。脉冲幅值连续可调范围为0～3600V，脉宽的连续调节范围为5ns～150ns；压电传感器厚度调节范围为5μm～100μm；可测量的试样厚度范围为0.1mm～5mm。

3、该测量系统的测量电极采用机械固定的方向固定牢靠，可以满足正向或者侧向测量的实验要求，适用性更为广泛。