本发明专利技术公开了一种改进电声脉冲法的交直流空间电荷测量系统，包括脉冲发生器、Ecl?ipse信号平均控制器、高压脉冲发生器、PEA测量单元、信号发生装置和处理主机；本发明专利技术的系统采用了高达3kHz的脉冲发生器并采取Eclipse高速数据采集系统获取实时信号，测量时间明显缩短，并在高频和低频电压下都能获得很好的相位分辨率，能实现对交直流电压作用下的空间电荷进行实时测量，同时空间电荷衰减图形更能逼真的反应电荷动态变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种通过改进电声脉冲法，实现交直流空间电荷测量的系统，同时还涉及ー种测量方法。
技术介绍
聚合物材料在直流电压下的空间电荷已经有大量研究，但在交流电压下的空间电荷特性却受到限制，其中主要的技术原因由于交流电压下变化的幅值，以及需要测量的吋间间隔更短从而需要更高的数据采集速率。近年来，随着特高压交直流输电技术的发展，对绝缘材料的绝缘性能提出了更高的要求，由于极性反转形成的电荷注入/提取与绝缘材料老化降解之间的关系仍不清楚。因此，理解交流下空间电荷的动力学对理解材料老化机理有重要意义。电声脉冲法(PEA)作为ー种广为应用的空间电荷測量技术，它是利用高压电脉冲和绝缘介质中的电荷层的相互作用产生与材料中的电荷成正比的声压カ波。这些压力波可以通过压电传感器并转化为电信号并放大从而被数字示波器获取。交流条件下空间电荷信号的获取时间是影响其测量的ー个重要因素，这是因为交流电压幅值随时间变化，只有通过数据的高速获取才能更好表征其电荷动力学。近年来，只有少量文献对交流电压下空间电荷进行报道。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之ー是提供ー种改进电声脉冲法的交直流空间电荷測量系统，可以实现对交流或直流电压下的空间电荷的实时测量。本专利技术的目的之ニ是提供一种改进电声脉冲法的交直流空间电荷测量方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案实现的所述系统包括脉冲发生器、Eclipse信号平均控制器、高压脉冲发生器、PEA測量単元、信号发生装置和处理主机；所述脉冲发生器用于产生TTL触发信号至Ecl ipse信号平均控制器，所述Ecl ipse信号平均控制器接收TTL触发信号后，触发输出启动信号至高压脉冲发生器，所述高压脉冲发生器输出高压脉冲至PEA测量单元；所述信号发生装置用于输出电压信号至PEA测量单元，所述PEA測量单元输出PEA信号至Eclipse信号平均控制器，PEA信号通过Eclipse信号平均控制器采集和数字化后输出至处理主机；在Eclipse产生触发信号以后，系统将会连续性地采样被测试品的电压信号，采样间隔由时钟与Eclipse产生的触发信号共同決定；采用连续采样，不断得到的新的采样信号点将与先前扫描得到的已知点对比并合成为完整的被测试品的采样记录。进ー步，所述信号发生装置为直流电源和/或交流信号发生装置，所述交流信号 发生装置包括函数发生器和高压放大器，通过函数发生器对脉冲发生器和高压放大器二者同时施加触发信号实现高压脉冲和交流信号输入，所述脉冲发生器、Eclipse信号平均控制器、高压脉冲发生器和放大后的高压都施加于PEA系统的测量室中；进ー步，所述脉冲发生器采用频率低于3kHz、窄脉冲宽度在300ns和Ius之间、脉冲幅度在3V以上的HP8180脉冲发生器；进ー步，所述高压脉冲发生器采用固态开关的超快速高压晶体管，能产生最高为4kV、窄脉冲宽度为5ns的高压，最高转换频率为3kHz ；本专利技术的目的之ニ是通过以下技术方案实现的 该改进电声脉冲法的交直流空间电荷測量方法，采用现有的PEA测量单元作为基本部件，通过Ecl ipse信号平均控制器触发启动高压脉冲发生器，提供高压脉冲至PEA测量単元，同时还通过信号发生装置输出电压信号至PEA测量单元，在两者的共同作用下，所述PEA测量单元输出PEA信号至Eclipse信号平均控制器，PEA信号通过Eclipse信号平均控制器采集和数字化后输出至处理主机。进ー步，在Eclipse触发产生以后，一系列的数字电压采样用于组成连续的扫描，采样时钟与触发输出信号之间的时间为采样间隔，不断送来扫描信号的结果样本点与先前扫描得到的已知点交织在一起产生完整记录；进ー步，所述信号发生装置为直流电源和/或交流信号发生装置，所述交流信号发生装置包括函数发生器和高压放大器，通过函数发生器对脉冲发生器和高压放大器二者同时施加触发信号实现高压脉冲和交流信号输入，所述脉冲发生器、Eclipse信号平均控制器、高压脉冲发生器和放大后的高压都施加于PEA系统的测量室中；进ー步，所述脉冲发生器采用频率低于3kHz、窄脉冲宽度在300ns和Ius之间、脉冲幅度在3V以上的HP8180脉冲发生器；进ー步，所述高压脉冲发生器采用固态开关的超快速高压晶体管，能产生最高为4kV、窄脉冲宽度为5ns的高压，最高转换频率为3kHz。本专利技术的有益效果是I.本专利技术主要对PEA測量方法进行了创造性的改进，使PEA測量设备信号处理能カ加强，捕捉快速运动电荷能力增强(部分快速运动电荷，以前很难捕捉其信息，这样丧失掉很多信息)，从而更为真实地反映被测介质内部空间电荷的变化规律；2.本专利技术的系统采用了高达3kHz的脉冲发生器并采取Eclipse高速数据采集系统获取实时信号，測量时间明显缩短，并在高频和低频电压下都能获得很好的相位分辨率，能实现对交直流电压作用下的空间电荷进行实时测量。同时空间电荷衰减图形更能逼真的反应电荷动态变化；本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中图I为电声脉冲法测量空间电荷的基本原通不意图；图2为常用的PEA测量单元结构示意图；图3为现有的旧式交流PEA測量系统模块连接示意图；图4为波形特征点方法和脉冲序列演示图；图5为基于Eclipse的直流PEA测量系统的模块连接示意图；图6为基于Eclipse的交流PEA测量系统模块连接示意图；图7为新交流PEA系统的脉冲控制示意图；图8为交流电压下的LDPE样品的空间电荷分布示意图；图9为新系统短路下12s内的空间电荷分布示意图；图10为交流IHz下空间电荷分布示意图。具体实施例方式以下将參照附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。电声脉冲法测量空间电荷的基本原理如图I所示，图中，Ud。为极化电压；R为限流电阻；C为隔离电容，在聚集有空间电荷P (z)的戒指上外加一高压窄脉冲电场ep (t)，高压脉冲电场与界面电场及空间电荷相互作用，产生瞬态电机械应カ，发出应力波P (t)，传递函数为h(z)的压电传感器接收应カ波信号感应处电荷q(t)并转化为电压信号Us (t)，通过对该电压信号分析可得出空间电荷密度分布。根据电声脉冲法原理，常用的PEA测量单元如图2所示，图中，匹配电阻Rl等于同轴电缆的波阻抗；限流电阻R2约为1ΜΩ ;电容Cl用于隔离高压直流偏压和陡脉冲发生器，电容值为250pF。电极材料为金属铝，式样两侧涂有半导体硅油，为防止试样高压化时出现表面放电及电晕放电，使用环氧树脂浇铸填充上电扱，放大电路板将声吸收橡胶及PVDF压电传感器固定于屏蔽壳内。图3为老式的交流电声脉冲法测量系统的原理图。交流(AC)条件下的空间电荷測量需要仔细考虑所加电压与所測量到的空间电荷密度之间的关系。在函数发生器的控制下，该系统可以测量频率1Ηζ-50Ηζ交流电压下低密度聚こ烯(LDPE)和交流聚こ本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.改进电声脉冲法的交直流空间电荷測量系统，其特征在于所述系统包括脉冲发生器、Eclipse信号平均控制器、高压脉冲发生器、PEA测量单元、信号发生装置和处理主机； 所述脉冲发生器用于产生TTL触发信号至Eclipse信号平均控制器，所述Eclipse信号平均控制器接收TTL触发信号后，触发输出启动信号至高压脉冲发生器，所述高压脉冲发生器输出高压脉冲至PEA测量单元； 所述信号发生装置用于输出电压信号至PEA测量单元，所述PEA測量单元输出PEA信号至Eclipse信号平均控制器，PEA信号通过Eclipse信号平均控制器采集和数字化后输出至处理主机； 在Eclipse产生触发信号以后，系统将会连续性地采样被测试品的电压信号，采样间隔由时钟与Eclipse产生的触发信号共同决定；采用连续采样，不断得到的新的采样信号点将与先前扫描得到的已知点对比并合成为完整的被测试品的采样记录。2.根据权利要求I所述的改进电声脉冲法的交直流空间电荷測量系统，其特征在于所述信号发生装置为直流电源和/或交流信号发生装置，所述交流信号发生装置包括函数发生器和高压放大器，通过函数发生器对脉冲发生器和高压放大器二者同时施加触发信号实现高压脉冲和交流信号输入，所述脉冲发生器、Eclipse信号平均控制器、高压脉冲发生器和放大后的高压都施加于PEA系统的测量室中。3.根据权利要求I或2所述的改进电声脉冲法的交直流空间电荷測量系统，其特征在于所述脉冲发生器采用频率低于3kHz、窄脉冲宽度在300ns和Ius之间、脉冲幅度在3V以上的HP8180脉冲发生器。4.根据权利要求I或2或3所述的改进电声脉冲法的交直流空间电荷測量系统，其特征在于所述高压脉冲发生器采用固态开关的超快速高压晶...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐超，周天春，陈光辉，徐志强，李娇，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：
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