【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体绝缘材料空间电荷测量领域，具体是一种适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法。
技术介绍
1、随着新型电力系统的发展，电力电子变换装备大规模应用，直流和低频交流条件下绝缘性能的传统评估技术已经不再适用于高频条件。开发复杂应力环境下电力装备绝缘的新型评估方法和仪器已经成为近年来的热门研究方向。其中绝缘系统由于直接承受极化应力作用而积聚有大量的空间电荷，极易造成绝缘局部电场的严重畸变特性，进而直接导致系统的介电性能变化和放电现象发展。因此，空间电荷分布已成为从微观机理层面可靠评价绝缘材料性能与状态的关键指标。
2、为面向高时空分辨率下的空间电荷测量，依托光学原理的新型空间电荷测量方法被提出。然而由于空间电荷光学测量方法中激励方式与极化电极结构的改变，引入了新的测量信号干扰因素。由于环状电极的特殊设计，获得合适的参考信号存在一定难度。同时，环状电极的中心电势分布存在不均匀性，而电势作为电荷信号处理过程中重要的标定量，严重影响信号处理结果的准确性。进一步，受激光脉冲热效应的影响，还会产生与电荷信息无关的弹性波信号。因此，传统的电荷信号处理算法不再适用，有必要提出一种适配空间电荷光学测量方法的新型信号处理算法，针对上述新干扰分量进行处理。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中的上述问题与缺陷，本专利技术的目的是提供一种适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，作为测量系统的核心组件，解决了空间电荷光学测量方法中恢复算法缺失的迫切问题，可推动光电子学空间电荷测量研究的进一步推
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，包括以下步骤：
4、s1、首先，采用干扰分量提取法针对激光诱导弹性波叠加问题进行恢复，获得电荷弹性波分量p(t+t0)；
5、s2、接着，基于系统函数h(f)，对测量波形采取傅里叶反变换，恢复波形过冲问题，获得实际电荷分布x(t)；
6、s3、进一步，采用修正后的衰减系数，构造出不同时间试样不同位置的传导矩阵，对声波的衰减色散现象进行恢复；
7、s4、最后，引入修正后的电压-电荷量转换系数，获得真实电荷量q(x)，完成整体恢复过程。
8、进一步地，步骤s1中，采用的干扰分量提取法为：首先在未施加极化电压，试样界面与内部无电荷积聚状态下，施加激光脉冲激励至试样，提取纯激光诱导压力波作用分量(干扰分量)pd(t)，进一步同步施加光脉冲激励与极化电压，引发界面与内部电荷积聚，获得电荷压力波与激光诱导压力波叠加作用分量(复合分量)pc(t+t0)，最后以干扰分量pd(t)作为参考信号，根据线性叠加定理，将干扰分量pd(t)从复合分量pc(t+t0)中分离，获得电荷弹性波分量p(t+t0)。
9、进一步地，步骤s2中，波形过冲恢复方法为：利用低场无空间电荷积聚条件下的波形作为参考波形，假定在参考信号输入下，系统频率响应为冲激响应，在频域下获得系统传递函数h(f)，构建出电声脉冲法测量系统的输入输出关系，通过反卷积算法得到实际空间电荷分布x(t)。
10、进一步地，步骤s3中，在考虑声阻抗不匹配时，修正后的衰减系数α(f)的计算公式为：
11、
12、其中，d为测试试样的厚度，v1(f)为上电极与试样界面处信号，v0(f)为下电极与试样界面处信号，g1为试样与上电极界面的产生系数。
13、进一步地，步骤s4中，在考虑环状电极电势梯度时，采用虚拟电极电势补偿法为：假设施加电势在其上每一个不同半径处均存在一个虚拟电极，每个位置处的虚拟电极提供其半径处电势，在所有虚拟电极的共同作用下，实现试样内部空间电荷的极化。将所有虚拟电极对试样极化作用的贡献进行累加，并除以虚拟电极数量，获得每个虚拟电极的平均贡献度，从而获得真实施加在试样上的电势。
14、进一步地，步骤s4中，在考虑环状电极电势梯度时，电压-电荷量补偿系数kρ的计算公式为：
15、
16、其中，为施加电势，r为环状电极的外环半径，为施加电势随半径的衰减分布函数。
17、进一步地，步骤s4中，在考虑声阻抗不匹配时，修正后上电极界面电压-电荷量转换系数k1的计算公式为：
18、
19、其中，σ0为下电极界面处的面感应电荷密度，g1为试样与上电极界面的产生系数，usa为试样内的压力波传播速度，δt为脉冲电场的脉宽，v0(t)为下电极与试样界面处信号。
20、第二方面，本专利技术还提供了上述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法在固体绝缘空间电荷光学测量方法中的应用。
21、与现有技术相比，本专利技术的主要创新与提升在于：
22、本专利技术提出的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，包含激光诱导弹性波叠加恢复、环状电极电势梯度恢复和声阻抗不匹配恢复。其中，在激光诱导弹性波叠加恢复中采用干扰分量提取法；在环状电极电势梯度恢复中采用虚拟电极电势补偿法，对损失电势进行补偿恢复；在声阻抗不匹配恢复中分别针对衰减系数和电压-电荷量转换系数进行修正，解决了空间电荷光学测量方法中波形畸变与失真问题。与传统算法相比，所提出的新型信号处理算法在电荷量与电场强度计算精度上分别提升47.7％和9.81％，在高时空分辨率光电子学空间电荷测量领域具有重要的应用前景。
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1.一种适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，步骤S1中，采用的干扰分量提取法为：首先在未施加极化电压，试样界面与内部无电荷积聚状态下，施加激光脉冲激励至试样，提取纯激光诱导压力波作用分量(干扰分量)Pd(t)，进一步同步施加光脉冲激励与极化电压，引发界面与内部电荷积聚，获得电荷压力波与激光诱导压力波叠加作用分量(复合分量)Pc(t+t0)，最后以干扰分量Pd(t)作为参考信号，根据线性叠加定理，将干扰分量Pd(t)从复合分量Pc(t+t0)中分离，获得电荷弹性波分量P(t+t0)。
3.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，步骤S2中，波形过冲恢复方法为：利用低场无空间电荷积聚条件下的波形作为参考波形，假定在参考信号输入下，系统频率响应为冲激响应，在频域下获得系统传递函数H(f)，构建出电声脉冲法测量系统的输入输出关系，通过反卷积算法得到实际空间电荷分布X(t)。
4.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声脉
5.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，步骤S4中，在考虑环状电极电势梯度时，采用虚拟电极电势补偿法为：假设施加电势在其上每一个不同半径处均存在一个虚拟电极，每个位置处的虚拟电极提供其半径处电势，在所有虚拟电极的共同作用下，实现试样内部空间电荷的极化。将所有虚拟电极对试样极化作用的贡献进行累加，并除以虚拟电极数量，获得每个虚拟电极的平均贡献度，从而获得真实施加在试样上的电势。
6.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，步骤S4中，在考虑环状电极电势梯度时，电压-电荷量补偿系数Kρ的计算公式为：
7.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，步骤S4中，在考虑声阻抗不匹配时，修正后上电极界面电压-电荷量转换系数K1的计算公式为：
8.根据权利要求1-7任一项所述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法在固体绝缘空间电荷光学测量方法中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，步骤s1中，采用的干扰分量提取法为：首先在未施加极化电压，试样界面与内部无电荷积聚状态下，施加激光脉冲激励至试样，提取纯激光诱导压力波作用分量(干扰分量)pd(t)，进一步同步施加光脉冲激励与极化电压，引发界面与内部电荷积聚，获得电荷压力波与激光诱导压力波叠加作用分量(复合分量)pc(t+t0)，最后以干扰分量pd(t)作为参考信号，根据线性叠加定理，将干扰分量pd(t)从复合分量pc(t+t0)中分离，获得电荷弹性波分量p(t+t0)。
3.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声脉冲法的恢复算法，其特征在于，步骤s2中，波形过冲恢复方法为：利用低场无空间电荷积聚条件下的波形作为参考波形，假定在参考信号输入下，系统频率响应为冲激响应，在频域下获得系统传递函数h(f)，构建出电声脉冲法测量系统的输入输出关系，通过反卷积算法得到实际空间电荷分布x(t)。
4.根据权利要求1所述的适配光学激励改进电声...
【专利技术属性】
技术研发人员：李庆民，綦天润，高浩予，任瀚文，马一丹，马轶群，肖涛，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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