[发明专利]一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台

说明书

本发明公开了一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，所述平台包含电脉冲激励信号发生单元及激光探测还原单元，其中：电脉冲激励信号发生单元主要由直流电压源、脉冲电压源、匹配电阻、保护电阻、隔离电容、金属上电极、金属下电极、环氧树脂、半导体层、试样以及弹光取样传感器构成；激光探测单元主要由氦氖激光器、分光镜、起偏器、反射镜、四分之一波片、沃拉斯顿棱镜、平衡探测器、光学斩波器、锁相放大器以及计算机构成。较传统空间电荷分布测量方法，基于光弹效应的光学测量技术的引入可有效提升测量系统带宽，具备发展成为高时空分辨率测试方法的潜力。

技术领域

本发明属于固体绝缘材料空间电荷测量领域，具体是一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台。

背景技术

电气设备运行过程中，由于极化应力的直接作用，其绝缘系统往往积聚有大量的空间电荷，电荷积累所产生的叠加电场极易造成严重的电场畸变，进而直接导致系统的介电性能变化和放电现象发生，造成系统绝缘性能的下降。因此，针对电气装备绝缘系统中空间电荷分布特性开展研究可对系统绝缘性能及状况进行更有效评估，从而保证电气设备的安全可靠运行。

传统空间电荷测量方法的研究主要集中于直流及工况条件下，但随着分布式与可再生能源的大规模接入，电气装备除承受一般的交、直流应力外，还要经受瞬态 PWM 开关脉冲、高频类正弦波等强场特殊电应力。当面对高频瞬变脉冲应力时，受限于测量系统硬件设计及带宽不足等问题，传统空间电荷测量方法无法实现对绝缘系统空间电荷积聚特性的准确表征。因此，针对高频绝缘的电荷积聚问题，高系统带宽高信噪比空间电荷测量技术的研究迫在眉睫。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题与缺陷，本发明的目的是提供一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，通过光学测量手段的引入，对传统电声脉冲法声电测量模块进行改进，提升测量系统带宽，是一种具备高时空分辨率测量潜力的新方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光弹效应的改进电声脉冲法空间电荷分布测量平台，其特征在于所述平台包括电脉冲激励信号发生单元和激光探测还原单元，其中：

所述电脉冲激励信号发生单元由脉冲电压源（1）、直流电压源（2）、高压金属导电杆（3）、直流绝缘套管（4）、BNC接头（5）、金属壳体（6）、匹配电阻（7）、隔离电容（8）、金属上电极（9）、保护电阻（10）、环氧树脂（11）、金属下电极（12）、半导体层（13）、试样（14）、弹光取样传感器（15）构成；

所述激光探测还原单元由氦氖激光器（17）、分光镜（18）、起偏器（19）、第一反射镜（20）、第二反射镜（21）、四分之一波片（22）、沃拉斯顿棱镜（23）、平衡探测器（24）、光学斩波器（25）、锁相放大器（26）以及计算机（16）构成；

所述电脉冲激励信号发生单元中，直流电压源（2）通过高压金属导电杆（3）与保护电阻（10）的一端相连，保护电阻（10）可以在直流电压源（2）短路情况下保护仪器和设备；高压金属导电杆（3）外包裹有直流绝缘套管（4），保护电阻（10）的另一端与金属上电极（9）相连；脉冲电压源（1）与金属壳体（6）外的BNC接头（5）相连，接头另一端经隔离电容（8）与金属上电极（9）相连，该隔直电容器（8）可阻隔脉冲发生器产生的直流信号，以使脉冲发生器产生的交流信号通过隔直电容器（8），并作用在待测绝缘材料（14）上；匹配电阻（7）的一端与BNC接头（5）和所述隔离电容（8）的公共端相连，另一端与金属壳体（6）相连接地，匹配电阻（7）对高压脉冲进行阻抗匹配，以减小高压脉冲的反射和振动，提高施加到被测样品上的脉冲电压的幅值；金属上电极（9）与待测绝缘材料（14）之间设置有半导体膜（13），以提供良好的声阻抗匹配，半导电层（13）与绝缘材料（14）试样紧密接触，用以削除界面由于阻抗不匹配造成的压力波衰减现象；与金属下电极（12）紧贴的弹光取样传感器（15）的金属电介质反射膜用来改变探测光的传播方向；