[发明专利]一种液体电介质载流子平均迁移率的测量装置及方法

权利要求书

1.一种液体电介质载流子平均迁移率的测量装置，其特征在于，所述装置包括：

在光路上依次布置的He-Ne激光器、起偏器、四分之一波片A、扩束镜、克尔盒、四分之一波片B、检偏器和CCD高速摄像机；

所述克尔盒内放置待测的液体电介质，所述克尔盒内平行布置的两个电极板分别接冲击电压发生器和地，以在所述冲击电压发生器施加暂态电压时，根据测量出的两个电极板间二维平面截面的光强时空分布反演三维的电场时空分布，基于所述电场时空分布反演三维的电荷时空分布，并基于所述电荷时空分布确定电荷运动的边界点，根据所述边界点确定所述液体电介质载流子的平均迁移率；

其中，所述基于所述电荷时空分布确定电荷运动的边界点，根据所述边界点确定所述液体电介质载流子的平均迁移率，包括：

基于所述电荷时空分布，确定通过不同位置处在不同时刻电极注入液体电介质的空间电荷变化情况，得到所述液体电介质载流子的平均迁移率，相应的计算公式为：

式中，μ表示所述液体电介质载流子的平均迁移率，表示所述液体电介质载流子的平均速度，x表示两个电极板间任意一点到下电极板的距离，Δx表示电荷从起始位置迁移至边界点的距离，x₁和x₂分别表示电荷迁移的起始位置和边界点的位置，t表示两个电极板间电荷迁移的时间，Δt表示两个电极板间电荷从起始位置迁移至边界点的时间差，t₁和t₂分别表示电荷迁移的起始时间和电荷迁移至边界点的时间，表示时空平均电场，E(t，x)表示t时刻时x位置处的电场值。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述He-Ne激光器发出线偏振光，所述起偏器、所述检偏器、所述四分之一波片A的光轴方向、所述四分之一波片B的光轴方向与光路之间的角度分别为45°、-45°、0°、90°，以使产生的圆偏振光水平通过所述克尔盒内两个电极板间隙时产生克尔效应。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述在所述冲击电压发生器施加暂态电压时，根据测量出的两个电极板间二维平面截面的光强时空分布反演三维的电场时空分布，包括：

在施加暂态电压时，所述CCD高速摄像机以一定时间间隔连续拍摄多张RGB图像；

对每张RGB图像进行灰度处理，对灰度图像经过傅立叶变换和高通滤波器滤掉干扰信号，再经过反傅立叶变换得到时域空间图像；

对每张所述时域空间图像，将图像中每个干涉条纹的光强进行归一化处理，得到每个时刻的每个干涉条纹的归一化光强值I/I₀，其中，I表示从所述检偏器输出的光强，I₀表示输入至所述起偏器的光强，再通过反演公式确定不同时刻对应的电场强度；

将不同时刻的电场分布拟合，得到三维的电场时空分布；

其中，在电场增加时，电场反演公式为：

在电场减小时，电场反演公式为：

式中，E_m表示特征电场，E_m＝(2BL)^-1/2，B表示所述待测液体的克尔常数，L表示上、下电极板的长度，n表示其中一个时刻空间中采样点的数量。

4.如权利要求1所述的装置，所述基于所述电场时空分布反演三维的电荷时空分布，包括：

对每个时刻的电场，通过泊松方程计算出该时刻任意一点的空间电荷密度，得到每个时刻两个电极板间的空间电荷分布，将不同时刻的空间电荷分布拟合，得到三维的电荷时空分布；

其中，泊松方程为：

式中，ρ表示空间电荷密度值，ε₀和ε_r分别表示真空介电常数和相对介电常数，x表示两个电极板间任意一点到下电极板的距离，E表示当前时刻对应的电场。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述CCD高速摄像机的帧数至少为100000fps。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述冲击电压发生器输出250±20％和2500±60％μs操作过电压。