[发明专利]一种利用复合探头的可携带式空间电荷测量装置和方法

说明书

本发明涉及一种利用复合探头的可携带式空间电荷测量装置和方法，用于测量平板样品内部的空间电荷分布，本发明可携带式空间电荷测量装置包括高速方波脉冲电源、低压端取信号复合探头、放大器、示波器等部分；在不外加电压的情况下，本发明测量装置即可独立完成空间电荷分布测量；若需要外加电压，也可利用任何现有的直流电压系统，可以与空间电荷测量无关。与现有技术相比，本发明突破了现有技术测量系统复杂的弊端，在具有相空间分辨率和测量灵敏度的条件下大幅提升了操作安全性与简便性，同时也克服了传统压力波法测量装置体积庞大、不可移动的局限，测量装置操作简单，便于携带。

技术领域

本发明涉及空间电荷测量装置领域，尤其是涉及利用复合探头的可携带式空间电荷测量装置和方法。

背景技术

直流高压输电以其电能损耗低、输电容量高以及易于电网间互联等优点拥有广阔的工程应用前景。交联聚乙烯作为直流输电电缆中绝缘材料的主流发展方向，最大的问题就是其内部空间电荷在强电场作用下会不断积累，从而导致材料内部电场发生畸变，破坏电气绝缘。因此，测量交联聚乙烯内部空间电荷分布是研究其绝缘性能的关键内容。

压力波法是目前国内外测量空间电荷分布应用较广的方法之一，根据压力波产生方式又可分为压电压力波法(PIPWP)和激光压力波法(LIPP)，其基本原理是：对试样表面施加声脉冲后，产生的弹性波将在介质内部以声速进行传播。传播过程会破坏介质内部原有弹性力和电场力的平衡，从而引起空间电荷发生微小位移，导致测量电极上的感应电荷量发生变化。因此，通过观测电极上电流或电压信号的变化，就可以还原试样中空间电荷分布的有关信息。

与激光压力波法相比，压电压力波法具有设备简单、成本低廉的优势，也可克服了LIPP法中激光靶易损坏的问题。如图1所示，传统的压电压力波法空间电荷测量装置主要由直流高压电源(HVDC)、声脉冲发生器、信号放大器和示波器组成，高压回路与信号回路仅通过耦合电容进行隔离，操作安全性较低。

综上，目前并没有一种兼具经济性和操作安全性且可便携的空间电荷测量装置适用于实际工程场景。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作安全性且可便携的基于低压端取信号复合探头的空间电荷测量装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用复合探头的可携带式空间电荷测量装置，用于测量平板样品的空间电荷，所述空间电荷测量装置包括高速方波脉冲电源、低压端取信号复合探头、放大器、示波器、金属基板电极和隔离电阻，所述低压端取信号复合探头的电压脉冲传输端连接所述高速方波脉冲电源，信号提取端连接所述放大器，所述放大器还连接所述示波器，所述平板样品的EVA电极侧连接所述金属基板电极，另一侧连接所述低压端取信号复合探头，所述金属基板电极连接所述隔离电阻后接地。

进一步地，所述空间电荷测量装置还包括屏蔽箱，所述低压端取信号复合探头、平板样品、金属基板电极均位于所述屏蔽箱内。

进一步地，所述平板样品与所述低压端取信号复合探头连接的表面可以涂有凡士林或者硅油用以改善声耦合。

进一步地，本发明空间电荷测量装置涉及阻抗匹配问题。当一个系统所接传输线特性阻抗与信号源的内阻大小相等且相位相同时，或者传输线路特性阻抗与所接的负载阻抗大小相等且相位相同，分别称之为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。当阻抗达到匹配时，系统便可获得最大输出功率，设备利用效率最高。阻抗不匹配时，输出有效功率将减小。本发明空间电荷测量装置为获得理想脉冲，要尽量避免电压波的折反射，使同轴电缆的特征阻抗和压电陶瓷片的负载阻抗尽量匹配。

具体地，所述高速方波脉冲电源通过同轴电缆连接所述低压端取信号复合探头，所述同轴电缆的电缆阻抗与所述低压端取信号复合探头中压电陶瓷片的负载阻抗相配合，实现阻抗匹配。