基于聚对二甲苯薄膜与带电颗粒的放电检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于聚对二甲苯薄膜与带电颗粒的放电检测系统及方法。本发明专利技术基于薄膜沉积技术实现在复杂、封闭、微小型电气电子系统内部、电气电子系统表面嵌入式沉积聚对二甲苯薄膜；微米级聚对二甲苯薄膜与电气电子系统共形，实现电气电子系统内部大面积、全方位、无死角覆盖；基于聚对二甲苯薄膜极性技术，结合带电颗粒的静电作用，实现对整个电气电子系统的放电检测与对系统内电气电子系统的放电精准定位，以及放电关键参数的计算；本发明专利技术提高了放电检测技术的通用性，解决了现有放电检测技术无法实现的复杂、封闭、微型系统内部放电的检测和准确定位；提高了放电检测技术的有效性和精度；提高了放电检测技术抗系统内部环境干扰的鲁棒性。境干扰的鲁棒性。境干扰的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
基于聚对二甲苯薄膜与带电颗粒的放电检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及放电定位与检测技术，具体涉及一种基于聚对二甲苯薄膜与带电颗粒之间静电作用的电气电子系统内部放电事件检测系统及方法。

技术介绍

[0002]国防工业中的电气电子系统在复杂电磁环境下面临着诸如引雷放电、介质静电电荷积累放电和瞬时高压脉冲放电等放电现象的威胁。一旦系统中薄弱部件出现放电事件，瞬间的大电流脉冲会导致整个电气电子系统的失效。放电发生事件的检测技术，是获取放电的发生位置、放电电压、持续时间、放电能量等放电参数的关键手段，对于分析放电原因、查明放电发生位置、完善放电防护等方面极其重要。
[0003]随着微电子技术的发展，电气电子系统快速向微型化、嵌入式方向转变。放电成为复杂电气电子系统发生故障的重要因素。因此从上世纪70年代末开始，各国学者针对放电检测技术的深入研究。
[0004]目前检测放电有以下几种方法：电磁辐射法、磁链/磁带法、电流监测仪法、分流电阻器法、声探测法、光探测法、静电感应法等。
[0005]电磁辐射法是利用天线探测放电引起的电磁辐射；链/磁带法原理是基于由线路中冲击电流产生的磁场所引起的磁性金属上的磁化强度变化；电流监测法的原理类似于磁链，是由预先记录好的磁带组成，这些磁带会被放电电流部分擦除；并联电阻器法是测量雷电电流在并联电阻器上产生的比例电压；声探测法则是使用超声传感器来拾取放电信号；光探测法是利用放电的光效应也可以对放电事件进行有效的探测，其主要探测紫外线；对于没有声光效应的微弱放电，可以使用静电探针探测带电体的静电极性的注入电荷发生变化。
[0006]目前现有的放电检测技术仅适用于开放环境的单一元器件的检测，多数为器件非工作状态下检测，因此无法适用于嵌入式、系统级的工作状态下的检测，此外，现有技术中严重依赖贵重仪器设备。比如，电磁辐射法虽可以利用天线远距离接收因电气电子系统放电产生强烈的电磁辐射，但无法准确定位复杂嵌入式系统内部的放电发生；磁链/磁带法同样因空间分辨率差，无法实现系统内部的精准定位；电流监测仪与并联电阻器法装置复杂，无法安装在复杂微小型、嵌入式电气电子系统内部，所需的检测电流会影响电气电子系统正常运行，且成本较高不适合大规模普及；声探测法受封闭环境下的回音串扰问题，尚无法在封闭电气电子系统中使用；光探测法虽能实现精准定位，但由于镜头限制其探测范围，无法针对整个电气电子系统实施检测；静电感应探测也能定位放极性的注入电荷置，但在电气电子系统工作时环境的和系统内部的复杂电磁环境会极大干扰其探测精度。
[0007]综上，现有放电检测技术无法有效检测复杂电气电子系统内部放电的原因可以总结为以下几点：
[0008](1)无法兼容宏观系统级放电检测与微观器件级放电定位；
[0009](2)无法嵌入式安装于复杂封闭电气电子系统内部；
[0010](3)易受电气电子系统工作环境干扰或干扰电气电子系统正常工作。
[0011]因此，本专利为在复杂封闭电气电子系统内部实现大面积、全覆盖、精确快捷地定位与检测放电的一种嵌入式检测系统及方法，它与现有放电检测技术的差异集中体现于“系统级与器件级放电定位检测兼容”、“嵌入式安装”和“无干扰”。而本专利技术也是依赖聚对二甲苯薄膜极性技术和聚对二甲苯薄膜与带电颗粒之间的静电作用实现上述目标。

技术实现思路

[0012]本专利技术基于薄膜沉积技术，使聚对二甲苯薄膜大面积、全方位覆盖沉积于复杂、封闭电气电子系统内部，与不同结构电气电子系统共形；基于聚对二甲苯薄膜极性技术，利用聚对二甲苯薄膜与带电颗粒静电作用，同时实现对系统级放电检测与系统内部器件级的放电精准定位；根据带电颗粒的电动行为与程度，通过算法反推出放电参数。
[0013]本专利技术的一个目的在于提出的一种基于聚对二甲苯薄膜与带电颗粒静电作用的放电事件检测系统。
[0014]本专利技术的基于聚对二甲苯薄膜与带电颗粒静电作用的放电事件检测系统包括：易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜和放电注入程度可视化装置；
[0015]易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜包括超疏水层和聚对二甲苯薄膜；在待检测的电气电子系统的表面采用化学气相沉积技术沉积低表面能的液相疏水材料，材料水解缩聚后在电气电子系统的表面形成超疏水层；在超疏水层的表面采用化学气相沉积技术沉积聚对二甲苯，形成聚对二甲苯薄膜；加热固化后聚对二甲苯薄膜与烷超疏水层紧密结合，形成透明的易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜，超疏水层作为聚对二甲苯薄膜的衬底用以保证从电气电子系统的表面撕下时易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜的完整性；易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜仅为微米级绝缘介质层，不会影响电气电子系统原有的导电和绝缘的电气性质；
[0016]放电注入程度可视化装置包括透明圆筒、筒盖、背电极、接地电极、栅网、颗粒、风扇、直流高压电源、X射线源、高清摄像机和PC机；透明圆筒采用X射线吸收能力弱的透明材料，具有筒底且顶部敞开，内部具有柱状的空间；在透明圆筒的顶端覆盖有筒盖；筒盖采用透明材料，筒盖的内表面设置有背电极，背电极包括多条二维螺旋线电极均匀排布在筒盖的内表面，位于偶数位置的二维螺旋线电极通过同一根导线相连接，位于奇数位置的二维螺旋线电极通过同一根导线相连接；透明圆筒的筒底内表面贴有覆盖整个筒底表面的接地电极；在透明圆筒内的底部位于接地电极之上设置有栅网；栅网接至直流高压电源；接地电极与栅网之间的空间均匀盛放颗粒；在透明圆筒内且位于栅网之上的侧壁上设置风扇；在透明圆筒外设置有X射线源；高清摄像机安装于透明圆筒的上方；高清摄像机连接至PC机；
[0017]电气电子系统发生放电后，产生放电电流，聚对二甲苯薄膜被注入电荷，使聚对二甲苯薄膜产生极性，聚对二甲苯薄膜记录了放电产生的电荷；当电气电子系统中放电部位之间的极性的注入电荷差达到放电电压，电场达到击穿场强时，两者之间会瞬间形成放电通道，并维持一段时间，通常在60纳秒至300纳秒，即产生放电；放电通道中，空气被击穿并电离，产生大量正负电荷；在放电持续时间内，因放电产生的正负电荷，在电场的作用下定向移动，分离并加速，形成放电电流并注入聚对二甲苯薄膜中；定义放电电流的方向流向聚对二甲苯薄膜为正，聚对二甲苯薄膜被注入电荷后，会在表面产生相同的极性，从而相应的
形成被极化的区域；放电电流的方向，决定了注入电荷的极性，进而决定聚对二甲苯薄膜的极性；从电气电子系统的表面剥下易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜，易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜仍保持与电气电子系统共形；
[0018]易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜覆盖在放电可视化装置的筒盖的内表面的背电极上，将筒盖盖在透明圆筒上，易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜的聚对二甲苯薄膜面朝筒内；X射线源产生软X射线穿透透明圆筒，使得透明圆筒内的气体分子发生电离，在栅网与接地电极之间产生大量的正负异性电荷；直流高压电源向栅网施加一种极性的高压电压，栅网与接地电极之间形成偏置电场，驱使正负异性电荷分离并加速，注入至栅网之下的颗粒中，使颗粒带有电荷形成带电颗粒，并且带电颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚对二甲苯薄膜与带电颗粒静电作用的放电事件检测系统，其特征在于，所述放电事件检测系统包括：易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜和放电注入程度可视化装置；其中，易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜包括超疏水层和聚对二甲苯薄膜；在待检测的电气电子系统的表面采用化学气相沉积技术沉积低表面能的液相疏水材料，材料水解缩聚后在电气电子系统的表面形成超疏水层；在超疏水层的表面采用化学气相沉积技术沉积聚对二甲苯，形成聚对二甲苯薄膜；加热固化后聚对二甲苯薄膜与烷超疏水层紧密结合，形成透明的易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜，超疏水层作为聚对二甲苯薄膜的衬底用以保证从电气电子系统的表面撕下时易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜的完整性；易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜仅为微米级绝缘介质层，不会影响电气电子系统原有的导电和绝缘的电气性质；放电注入程度可视化装置包括透明圆筒、筒盖、背电极、接地电极、栅网、颗粒、风扇、直流高压电源、X射线源、高清摄像机和PC机；透明圆筒采用X射线吸收能力弱的透明材料，具有筒底且顶部敞开，内部具有柱状的空间；在透明圆筒的顶端覆盖有筒盖；筒盖采用透明材料，筒盖的内表面设置有背电极，背电极包括多条二维螺旋线电极均匀排布在筒盖的内表面，位于偶数位置的二维螺旋线电极通过同一根导线相连接，位于奇数位置的二维螺旋线电极通过同一根导线相连接；透明圆筒的筒底内表面贴有覆盖整个筒底表面的接地电极；在透明圆筒内的底部位于接地电极之上设置有栅网；栅网接至直流高压电源；接地电极与栅网之间的空间均匀盛放颗粒；在透明圆筒内且位于栅网之上的侧壁上设置风扇；在透明圆筒外设置有X射线源；高清摄像机安装于透明圆筒的上方；高清摄像机连接至PC机；电气电子系统发生放电后，产生放电电流，聚对二甲苯薄膜被注入电荷，使聚对二甲苯薄膜产生极性，聚对二甲苯薄膜记录了放电产生的电荷；当电气电子系统中放电部位之间的极性的注入电荷差达到放电电压，电场达到击穿场强时，两者之间会瞬间形成放电通道，即产生放电；放电通道中，空气被击穿并电离，产生大量正负电荷；在放电持续时间内，因放电产生的正负电荷，在电场的作用下定向移动，分离并加速，形成放电电流并注入聚对二甲苯薄膜中；定义放电电流的方向流向聚对二甲苯薄膜为正，聚对二甲苯薄膜被注入电荷后，会在表面产生相同的极性，从而相应的形成被极化的区域；放电电流的方向，决定了注入电荷的极性，进而决定聚对二甲苯薄膜的极性；从电气电子系统的表面剥下易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜，易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜仍保持与电气电子系统共形；易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜覆盖在放电可视化装置的筒盖的内表面的背电极上，将筒盖盖在透明圆筒上，易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜的聚对二甲苯薄膜面朝筒内；X射线源产生软X射线穿透透明圆筒，使得透明圆筒内的气体分子发生电离，在栅网与接地电极之间产生大量的正负异性电荷；直流高压电源向栅网施加一种极性的高压电压，栅网与接地电极之间形成偏置电场，驱使正负异性电荷分离并加速，注入至栅网之下的颗粒中，使颗粒带有电荷形成带电颗粒，并且带电颗粒的电荷量与栅网施加的电压成正比，带电颗粒的极性与栅网施加的高压电压的极性相同；风扇产生气流，将带电颗粒输送至筒盖处；被输送至筒盖处的带电颗粒，受易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜的静电作用，与聚对二甲苯薄膜表面电位极性相反的带电颗粒被吸附至聚对二甲苯薄膜的被极化的区域表面，与聚对二甲苯薄膜的被极化的区域表面电位极性相同的带电颗粒被排斥远离易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜表面；
高清摄像机正对易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜，易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜整体透明，通过高清摄像机直接观测到带电颗粒覆盖于聚对二甲苯薄膜的覆盖图像；高清摄像机将覆盖图像传输至PC机；聚对二甲苯薄膜的表面带电颗粒覆盖的越厚颜色越深，PC机采用颗粒覆盖率算法提取覆盖图像的灰度值，得到带电颗粒覆盖区域的面积以及厚度；当带电颗粒的荷质比一定时，聚对二甲苯薄膜的注入电荷量越多，带电颗粒与聚对二甲苯薄膜之间的吸附力越强，就越容易吸附于聚对二甲苯薄膜的表面，聚对二甲苯薄膜的表面覆盖的带电颗粒越厚，覆盖区域的面积越大，从而利用带电颗粒覆盖于聚对二甲苯薄膜的厚度和面积表征注入电荷密度梯度图；背电极的两根导线分别连接至交流电流源，施加交变电压，带电颗粒在交变电场中受到库伦力和介电泳力的作用，脱离易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜的表面，从而清除黏附在易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜表面的带电颗粒，实现带电颗粒的重复使用；断开栅网连接直流电高压源，软X射线电离产生的正负电荷与带电颗粒所带电荷中和，将带电颗粒去极化，重新恢复为中性的颗粒；改变直流高压电源的极性，重新通过软X射线照射颗粒产生带电颗粒，从而带电颗粒的所带电的荷极性改变，再通过风扇送至易与基体剥离的聚对二甲苯薄膜的被极化的区域表面，通过图像处理装置得到改变极性后的带电颗粒的覆盖区域的面积和厚度；将得到的两种极性的带电颗粒的覆盖图像采用颗粒覆盖率算法，最终得到聚对二甲苯薄膜的表面注入正负电荷量梯度图。2.如权利要求1所述的放电事件检测系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩炎晖，冯跃，周子隆，饶泽泓，王运来，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：