[发明专利]基于聚对二甲苯薄膜与带电颗粒的放电检测系统及方法

权利要求书

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电位差达到放电电压，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；

断开栅网连接的直流高压电源，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。