【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物薄膜电容器，尤其涉及用于电介质击穿失效分析的多物理场表征方法及系统的改进。
技术介绍
1、现有技术中，电介质击穿表征技术是用于评估电介质(如绝缘材料)在高电场下是否会发生击穿的检测技术，主要是一种独立实验检测技术，在原子尺度下，通过对缺陷(指的是材料中的缺陷，比如晶格中的缺陷点或者材料中的杂质)、陷阱(指的是在能带结构中的能级陷阱，可以捕获和释放电子或其他粒子)、电荷等微观粒子的分析，来提出合理的模型来解释电介质击穿原理。
2、现有技术主要是利用直流电压得到样品的击穿电压数值，这些表征方法都不能进行原位观测，也就是在检测的同时因测量手段会造成对被观测物的影响，进而影响到观测数据，因而无法做到揭露电介质击穿的本质或内在工作机理。
3、而在聚合物薄膜电容器领域中，由于聚合物薄膜电容器是一种三明治(金属-电介质-金属)结构，当金属电极上施加的高电场时，由于宏观上电介质击穿表征主要是利用光学测量方法测量应变场和温度场变化，而常规测量应变是利用应变片实现的，温度测量是通过热电偶测量，这些传感器需要贴在样品表面进行精准测量，而高电压对传感器是一个巨大的干扰源，同时也会损坏传感器。此外，传统传感器测量的空间分辨率不高，无法观测到局部应变的温度的变化。这对于电介质击穿表征技术而言，是一个巨大的挑战。相比较普通接触式测量，光学的测量手段更适合原位测量，给聚合物薄膜电容器进行充放电性能测量的同时，可以在无接触的情况下，测量表征电介质击穿前后的宏观动力学和热力学过程，从而可以进一步地分析电介质击穿机理。p>
4、因此，现有的技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了用于电介质击穿失效分析的多物理场表征方法，解决了电介质高电场下多物理场表征测量难、测量失准的技术问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一方面，本专利技术提供了一种用于电介质击穿失效分析的多物理场表征方法，至少采用如下测量装置，包括：高压充放电系统、击穿电流测量电路、温度场测量系统和应变场测量系统；所述高压充放电系统用于对待测样品进行击穿测试；所述击穿电流测量电路用于测量待测样品的击穿电流；所述温度场测量系统用于测量待测样品的温度场，包括红外相机；所述应变场测量系统用于测量待测样品的应变场，包括两台ccd相机、led灯；所述ccd相机、led灯通过模数转换器与上位计算机进行通讯连接；所述方法包括以下步骤：
4、s1，制备金属化薄膜，即待测样品；
5、s2，固定待测样品，调整待测样品和红外相机位置，使红外相机清晰成像；
6、s3，安装调试，标定并确定ccd相机与led灯的夹角与距离；
7、s4，设置软件参数和示波器触发模式，当待测样品进行充电时，红外相机和ccd相机开始拍摄，采集图像，直至待测样品发生击穿失效，记录击穿电流变化，并拍摄结束；
8、s5，根据步骤s4采集的ccd图像和红外相机图像，采用dic测量方法计算应变场，利用红外相机图像来观测温度场，利用采样电阻和示波器来跟踪击穿电流的变化，通过模数转换器提取信号确定电压，构建应变场、温度场与击穿失效的关系。
9、优选地，s1具体包括以下步骤：s1，准备电介质薄膜，于电介质薄膜两面蒸镀金属电极，制备金属化薄膜，对金属化薄膜两面喷漆。
10、优选地，步骤s1所述电介质薄膜包括具有弹性形变的聚合物薄膜。
11、优选地，步骤s2所述待测样品、红外相机和两台ccd相机处于同一光路，所述光路指光的传播路径。
12、优选地，步骤s3所述红外相机光路与待测样品表面垂直。
13、优选地，步骤s4所述示波器触发方式为上升沿触发，当所述采样电阻端电压超过80v时，所述示波器即触发开始工作。
14、优选地，步骤s5所述dic测量方法具体包括，将不同时刻获得的光学图像进行相关性匹配计算，即获得待测样品不同时刻的应变图
15、进一步优选地，步骤s1所述具有弹性形变的聚合物薄膜包括双向拉伸聚丙烯膜(biaxially orientated polypropylene film,bopp)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(polyethylene terephthalate,pet)或聚酰亚胺(polyimide,pi)。
16、进一步优选地，步骤s1使用黑色导电石墨对金属化薄膜两面进行喷漆。
17、进一步优选地，步骤s1金属化薄膜喷漆后选择一面喷涂白色颗粒。
18、进一步优选地，步骤s1所述蒸镀电极厚度为140-150nm。
19、另一方面，本专利技术提供了一种实现用于电介质击穿失效分析的多物理场表征方法的系统，采用包括如下测量装置：高压充放电系统、击穿电流测量电路、温度场测量系统和应变场测量系统；其中，
20、所述高压充放电系统包括高压放大器、示波器、高压开关和负载电阻；
21、所述击穿电流测量电路包括采样电阻和示波器；
22、所述温度场测量系统包括红外相机；
23、所述应变场测量系统包括两台ccd相机和led灯；
24、所述高压放大器和所述高压开关分别与所述待测样品串联，所述负载电阻和所述示波器分别与所述待测样品并联，所述采样电阻与所述待测样品串联；
25、上述装置通过模数转换器与上位计算机连接，用于实现所述多物理场表征方法。
26、本专利技术的用于聚合物电介质击穿失效分析的多物理场表征方法及系统，相对于现有技术具有以下有益效果：
27、现有的非固体电介质在高电场下击穿电压等试验装置结构复杂、试验不方便、测试不准确；本专利技术采用dic法和红外测温技术，原位观测高电场下聚合物电介质薄膜的应变场与温度场的演化过程，构建出击穿与应变、温度、电流之间的关系，该方法测量精度高、结果直观，适用于多数聚合物电介质薄膜材料；
28、使用该法发现，聚合物薄膜击穿是以电击穿为主导，由于一些缺陷或者空间电荷的影响，导致在薄膜局部位置呈现应力集中，而且应力集中的位置往往就是薄膜击穿破坏的区域，因此可以将击穿前的应变集中与击穿联系在一起，预计击穿位置以及击穿强度，从而筛选出应变集中程度相对较弱的薄膜材料，为聚合物薄膜的优化提供有效的指引。
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1.一种用于电介质击穿失效分析的多物理场表征方法，至少采用如下测量装置，包括：高压充放电系统、击穿电流测量电路、温度场测量系统和应变场测量系统；所述高压充放电系统用于对待测样品进行击穿测试；所述击穿电流测量电路用于测量待测样品的击穿电流；所述温度场测量系统用于测量待测样品的温度场，包括红外相机；所述红外相机通过模数转换器与上位计算机连接；所述应变场测量系统用于测量待测样品的应变场，包括两台CCD相机、LED灯；所述CCD相机和LED灯通过模数转换器与上位计算机进行通讯连接；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于电介质击穿失效分析的多物理场表征方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下过程：准备电介质薄膜，于电介质薄膜两面蒸镀金属电极，制备金属化薄膜，对金属化薄膜两面喷漆。
3.如权利要求2所述的用于电介质击穿失效分析的多物理场表征方法，其特征在于，所述电介质薄膜包括具有弹性形变的聚合物薄膜。
4.如权利要求3所述的用于电介质击穿失效分析的多物理场表征方法，其特征在于，使用黑色导电石墨对金属化薄膜两面进行喷漆。
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