绝缘材料表面电荷测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种绝缘材料表面电荷测量系统及其测量方法。该测量系统包括光源发生器、偏振器、相位调制器、电光晶体、高压电极和感光单元。偏振器、相位调制器、电光晶体和高压电极沿光源发生器的发射光的光路依次设置。高压电极与电光晶体之间存在间隔。感光单元用于接收通过偏振器的反射光、并记录反射光的光波强度。上述的绝缘材料表面电荷测量系统，待测的绝缘材料设置于高压电极与电光晶体之间的间隔中。高压电极对待测的绝缘材料施加高压，导致带电粒子积聚于待测的绝缘材料表面而形成电场。工作人员通过感光单元记录反射光的光波强度，进而依次计算得到相位差、电场强度和绝缘材料的表面电荷分布。

System and method for measuring surface charge of insulating material

The invention relates to an insulating material surface charge measuring system and a measuring method thereof. The measuring system includes a light source generator, a polarizer, a phase modulator, an electro-optic crystal, a high voltage electrode and a photosensitive unit. A polarizer, a phase modulator, an electro-optical crystal and a high voltage electrode are arranged along the light path of the emission light of the light source generator in turn. There is an interval between the high voltage electrode and the electrooptic crystal. A photosensitive unit is used to receive reflected light from a polarizer and to record the intensity of the reflected light. The insulation material surface charge measuring system, the insulation material to be measured is arranged at the interval between the high-voltage electrode and the electro-optic crystal. The high voltage electrode applies a high voltage to the insulating material to be measured, causing the charged particles to accumulate on the surface of the insulating material to be tested and form an electric field. The light intensity of reflected light is recorded by the photosensitive unit, and then the phase difference, the electric field intensity and the surface charge distribution of the insulating material are calculated in turn.

【技术实现步骤摘要】
绝缘材料表面电荷测量系统及其测量方法
本专利技术涉及电荷测量
，特别是涉及一种绝缘材料表面电荷测量系统及其测量方法。
技术介绍
绝缘材料被广泛地应用于电力设备中，比如变压器、气体绝缘电气设备和电力电缆等等。在加工或者使用过程中，绝缘材料中会不可避免地产生气隙。在运行电压的长期作用下，气隙会导致设备内部发生局部放电，从而导致带电粒子逸出气隙，进而导致绝缘子表面产生电荷积聚。现有的关于在局部放电情况下，绝缘材料表面电荷分布的研究仅限于理论探讨阶段，尚无试验设备能够测量。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术存在的在局部放电情况下，绝缘材料表面电荷无法测量的问题，提供一种绝缘材料表面电荷测量系统及其测量方法，它能够在局部放电情况下，得到绝缘材料表面电荷分布。一种绝缘材料表面电荷测量系统，包括光源发生器、偏振器、相位调制器、电光晶体、高压电极和感光单元，所述偏振器、相位调制器、电光晶体和高压电极沿所述光源发生器的发射光的光路依次设置，所述高压电极与所述电光晶体之间存在间隔，所述感光单元用于接收通过所述偏振器的反射光、并获取所述反射光的光波强度。上述的绝缘材料表面电荷测量系统，待测的绝缘材料设置于高压电极与电光晶体之间的间隔中。高压电极对待测的绝缘材料施加高压，导致带电粒子逸出气隙、并积聚于待测的绝缘材料表面而形成电场。又因为电光晶体的折射率的变化正比于电场强度，因此，绝缘材料表面电荷形成的电场改变电光晶体的折射率，致使光波在电光晶体中传播一定距离后产生相位差。工作人员通过感光单元记录反射光的光波强度，进而根据光波强度依次计算得到相位差和电场强度。因此，上述的绝缘材料表面电荷测量系统能够在局部放电情况下，通过测量光波强度得到待测绝缘材料的表面电荷分布。在其中一个实施例中，上述的绝缘材料表面电荷测量系统还包括信号发生器和高压放大器，所述信号发生器用于产生低压信号，所述低压信号经所述高压放大器转换为高压信号后施加于所述高压电极。如此，工作人员通过信号发生器和高压放大器将高压信号施加于高压电极上，以使高压电极产生局部发电。在其中一个实施例中，上述的绝缘材料表面电荷测量系统还包括同步控制电路和示波器，所述示波器用于获取所述高压电极产生的局部放电信号，所述同步控制电路分别与所述信号发生器、感光单元和示波器电连接，以控制所述信号发生器、感光单元和示波器的工作时序。工作人员通过同步控制电路控制信号发生器的启停，从而控制高压电极是否产生局部放电，并同时控制感光单元和示波器，以获取反射光的光波强度和局部放电信号。由于根据光波强度能够计算得到绝缘材料的表面电荷，因此，工作人员能够得到绝缘材料表面电荷与局部放电信号，以及二者之间的时间关系，从而为研究表面电荷对局部放电特性的影响提供可能。在其中一个实施例中，上述的绝缘材料表面电荷测量系统还包括测量电极、地电极和两个以上测量电阻，所述测量电极与所述电光晶体电接触，所述地电极接地，所述测量电阻一端与所述地电极连接，所述测量电阻的另一端与所述测量电极连接，所述示波器与所述测量电阻电接触。局部放电电流与放电的物理机制直接相关，是局部放电特性的重要参数。为了准确地测量局部放电电流，两个以上测量电阻设置于测量电极上，且关于测量电极对称设置，以减小杂散电容、增大测量系统带宽。示波器与测量电阻电接触，以获取局部放电电流，从而为工作人员进一步研究局部放电的物理机制提供数据。在其中一个实施例中，上述的绝缘材料表面电荷测量系统还包括绝缘套，所述高压电极装入所述绝缘套内。绝缘套包裹高压电极侧部，以避免高压电极在施加高压时发生边缘放电。在其中一个实施例中，所述电光晶体为BSO晶体、LiNbO3晶体、GaAs晶体或CdTe晶体。在其中一个实施例中，所述电光晶体为BSO晶体，所述BSO晶体上外加电场，所述外加电场的方向与所述BSO晶体的光轴方向平行。由于BSO晶体具有较高的灵敏度和较宽的测量范围，因此，采用BSO晶体能够提高测量的准确性和扩大测量的范围。并且，当外加电场的方向与BSO晶体的光轴方向平行时，BSO晶体处于纵向工作模式，能够实现电场分布的二维测量。在其中一个实施例中，所述电光晶体具有第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面沿所述光路依次设置，所述第一表面与所述第二表面之间的夹角为0°～80°。假设第一表面和第二表面平行，则部分入射光会在电光晶体的第一表面和第二表面之间多次反射，从而引起光的干涉，影响测量的准确性。因此，当第一表面与第二表面之间具有较小的夹角时，测量结果的准确性高。在其中一个实施例中，所述相位调制器采用玻片的组合或偏振控制器实现，所述玻片包括1/8玻片、1/4玻片、1/2玻片或相位延迟可调、主轴角度可调的玻片。光通过相位调制器后会产生相位差。比如，光通过1/8玻片后产生π/4的相位差。相位调制器造成光的偏振状态的变化与通过电光晶体产生的变化类似。通过相位调制器引起的相位差，工作人员根据感光单元测得的光强，能够判断电光晶体上施加电场的方向。当施加电场时的光强大于未施加电场时的光强，电场的方向与光路方向相同。当施加电场时的光强小于未施加电场时的光强，电场的方向与光路方向相反。一种绝缘材料表面电荷的测量方法，使用权利要求1～9任意一项所述的绝缘材料表面电荷测量系统，所述测量方法包括如下步骤：将待测绝缘材料放置于所述高压电极与所述电光晶体之间的间隔中；所述高压电极未通电时，利用所述感光单元获取所述反射光的光波强度Iw；所述高压电极对所述待测绝缘材料施加高压信号时，利用所述感光单元获取所述反射光的光波强度Iq；利用式和式计算得到待测绝缘材料表面电场Ez，其中，z轴为光路方向；x轴、y轴和z轴之间两两垂直；d为所述电光晶体在z轴上的厚度；no为未加电场时，所述电光晶体在x轴和y轴上的折射率；γ为电光系数；Δθ为反射光到达所述感光单元时，反射光在x轴和y轴上的相位差。上述的绝缘材料表面电荷的测量方法，工作人员通过感光单元测量反射光的光波强度，从而计算得到光的相位差，进而通过相位差计算得到电场强度，进而根据电场强度计算得到绝缘材料表面电荷分布。附图说明图1为本专利技术实施例中所述的绝缘材料表面电荷测量系统的示意图一；图2为本专利技术实施例中所述的绝缘材料表面电荷测量系统的示意图一；图3为图2中所述绝缘材料的安装示意图。101、光源发生器，102、偏振器，103、相位调制器，104、电光晶体，105、感光单元，106、光束放大器，107、平凸镜，108、滤光器，109、滤光孔，201、高压电极，202、信号发生器，203、高压放大器，204、同步控制电路，205、示波器，206、测量电极，207、地电极，208、测量电阻，209、绝缘套，210、耦合电容，300、绝缘材料，401、绝缘支架，402、聚乙烯薄膜，403、绝缘黏胶。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘材料表面电荷测量系统，其特征在于，包括光源发生器、偏振器、相位调制器、电光晶体、高压电极和感光单元，所述偏振器、相位调制器、电光晶体和高压电极沿所述光源发生器的发射光的光路依次设置，所述高压电极与所述电光晶体之间存在间隔，所述感光单元用于接收通过所述偏振器的反射光、并获取所述反射光的光波强度。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘材料表面电荷测量系统，其特征在于，包括光源发生器、偏振器、相位调制器、电光晶体、高压电极和感光单元，所述偏振器、相位调制器、电光晶体和高压电极沿所述光源发生器的发射光的光路依次设置，所述高压电极与所述电光晶体之间存在间隔，所述感光单元用于接收通过所述偏振器的反射光、并获取所述反射光的光波强度。2.根据权利要求1所述的绝缘材料表面电荷测量系统，其特征在于，还包括信号发生器和高压放大器，所述信号发生器用于产生低压信号，所述低压信号经所述高压放大器转换为高压信号后施加于所述高压电极。3.根据权利要求2所述的绝缘材料表面电荷测量系统，其特征在于，还包括同步控制电路和示波器，所述示波器用于获取所述高压电极产生的局部放电信号，所述同步控制电路分别与所述信号发生器、感光单元和示波器电连接，以控制所述信号发生器、感光单元和示波器的工作时序。4.根据权利要求3所述的绝缘材料表面电荷测量系统，其特征在于，还包括测量电极、地电极和一个以上测量电阻，所述测量电极与所述电光晶体电接触，所述地电极接地，所述测量电阻一端与所述地电极连接，所述测量电阻的另一端与所述测量电极连接，所述示波器与所述测量电阻电接触。5.根据权利要求1所述的绝缘材料表面电荷测量系统，其特征在于，还包括绝缘套，所述高压电极装入所述绝缘套内。6.根据权利要求1所述的绝缘材料表面电荷测量系统，其特征在于，所述电光晶体为BSO晶体、Li...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓然，王邸博，傅明利，刘通，惠宝军，罗颜，唐炬，潘成，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，武汉大学，
类型：发明
国别省市：广东,44