[发明专利]一种等效计算同轴电缆中电荷声波信号的方法

说明书

本发明公开了一种等效计算同轴电缆中电荷声波信号的方法，利用平板试样电声脉冲法空间电荷测量设备测量一薄平板试样电荷声波信号，并提取出声波传输过程的衰减和色散系数，提取的声波衰减和色散系数随频率变化在30MHz以内满足一定的函数关系；然后利用低频下的衰减系数推导出高频率下的衰减系数，通过Kramers‑Kronig关系得出不同频率下色散系数。因此可根据一定脉冲宽度、一定试样厚度下平板试样中空间电荷测量结果，计算声波在不同频率下的频带响应“窗口”，从而推导得出任意脉冲宽度、任意试样厚度下平板试样中电荷声波信号；然后通过引入一个“补正系数”，利用平板试样电荷声波信号反推任意电缆厚度、任意脉冲宽度下同轴电缆中电荷声波信号。

【技术领域】

本发明属于空间电荷测量技术领域，涉及一种等效计算同轴电缆中电荷声波信号的方法，特别是空间电荷测量中根据平板试样测量结果反推同轴电缆中电荷声波信号的等效性方法。

【背景技术】

空间电荷测量技术：根据文献《固体电介质空间电荷研究进展》，空间电荷测量技术是空间电荷研究的基础。空间电荷测量技术的发展与电介质材料电特性研究的发展是互相促进的。目前空间电荷测量大多采用无损测量技术，根据测试原理可以将这些方法分为热学法、压力波法和电声脉冲法三大类。目前应用最广泛的主要有以下几种方法：热脉冲法(Thermal Pulse Method，TPM)、热阶跃法(Thermal Step Method，TSM)、激光强度调制法(Laser Intensity Modulation Method，LIMM)、压力波扩展法(Pressure WavePropagation，PWP)、激光调制压力波法(Laser Induced Pressure Pulse，LIPP)以及电声脉冲法(Pulsed Electro-acoustic Method，PEA)。

平板试样空间电荷测量技术：根据文献《固体绝缘中空间电荷测量装置的研制和应用》和《电声脉冲法测量空间电荷的原理和方法》，电声脉冲法可以测量较厚的介质，可以在带电状态下直接测量电缆绝缘中的空间电荷分布，制造方便，成本低，是适合我国发展空间电荷分布测量的最佳技术。而且平板型空间电荷测量设备比较成熟，测量系统分辨率高而且平板试样制备的简易性，广泛应用于实验室内基础材料的改性研究。另外，已有学者对于空间电荷测量环节中声波的衰减和色散特性进行了大量的理论研究，根据文献《SpaceCharge Distribution Measurement in Lossy Dielectric Materials by PulsedElectroacoustic Method》和《Attenuation Recovery Technique for Acoustic WavePropagation in Pea Method》，利用参考信号或高斯拟合可以求取声波在介质中的衰减和色散系数，进而对空间电荷测量波形进行恢复。

同轴电缆空间电荷测量技术：根据文献《基于脉冲电声法的同轴塑料电缆空间电荷测量技术的研究进展》，相比于平板试样的研究，同轴结构下的空间电荷测量才能真实反映和检测出实际电缆中的带电特性和破坏规律。然而在同轴塑料电缆空间电荷的实际测量中，发散状分布的电场和较厚的绝缘层却影响着PEA法测量的灵敏度。至今为止，国内外一些学者已展开了基于PEA法同轴电缆空间电荷测量的研究并取得了初步的研究结果。按照高压脉冲注入方式，基于PEA法同轴电缆空间电荷测量的方法可分为三种：1)高压端耦合脉冲注入法，2)外半导电层局部剥离脉冲注入法，3)测量电极脉冲注入法。

平板试样和同轴电缆中空间电荷测量结果的等效性研究：平板型空间电荷测量设备比较成熟，测量系统分辨率高而且平板试样制备的简易性，广泛应用于实验室内基础材料的改性研究。但由于平板试样与同轴电缆试品中电场分布特性不同、压力波传播特性不同，很多学者对于平板试样测量结果能否直接反映实际同轴电缆内部的空间电荷分布提出了质疑。同轴电缆用空间电荷测量设备，可直接针对全尺寸厚绝缘挤包电缆进行空间电荷测量，这种方式的测量结果接近实际电缆的运行状态。但由于同轴电缆绝缘较厚，可施加场强低、且测量系统分辨率差和声波的衰减和色散现象严重，导致测量数据恢复难度加大，效果不尽理想。