[发明专利]空间电荷非接触测试系统及方法

权利要求书

1.一种空间电荷非接触测试系统，其特征在于，所述系统包括：基板、移动平台、支架、压电驱动元件、电场激励驻极体层、待测绝缘介质、场平衡驻极体层、压电传感器阵列、吸波材料层、多路控制开关、前置放大器、一体化屏蔽电极、低压脉冲发生器、示波器和计算机；

基板的一端与移动平台机械连接，基板平行于待测绝缘介质的上表面；压电驱动元件上表面与基板机械连接，受低压脉冲发生器的电学激励而振动；电场激励驻极体层与压电驱动元件下表面机械绝缘连接，在压电驱动元件激励下产生交变脉冲电场；场平衡驻极体层旋涂在一体化屏蔽电极上表面，用于放置待测绝缘介质和形成平衡电场；压电传感器阵列等距放置在一体化屏蔽电极下表面，用于接收待测绝缘介质空间电荷在电场激励驻极体层产生的交变脉冲场作用下诱发的声压力波信号并转化为电信号；吸波材料层用于吸收透过压电传感器阵列的声压力波信号，减小反射；多路控制开关用于控制单个压电传感器与前置放大器之间的通断次序；前置放大器放置在一体化屏蔽电极内部，并于压电传感器阵列电学连接，用于对压电传感器输出的电信号数据进行放大；示波器与前置放大器电学连接，用于采集和显示经过放大后的电信号数据，并将其通过串口传输给计算机；计算机将采集的到的电信号数据进行分析处理和重构，得到绝缘介质的空间电荷分布信息。

2.根据权利要求1所述的空间电荷非接触测试系统，其特征在于，通过移动平台调节基板与待测绝缘介质表面的距离。

3.根据权利要求1所述的空间电荷非接触测试系统，其特征在于，电场激励驻极体层作为诱导空间电荷产生声压力波的交变脉冲电场发生源，包括背电极以及采用微纳工艺旋涂在背电极上的驻极体层薄膜，驻极体层薄膜的表面具有极化电荷。

4.根据权利要求1所述的空间电荷非接触测试系统，其特征在于，压电传感器的阵列化分布，实现对待测绝缘介质空间电荷的三维测量。

5.根据权利要求1所述的空间电荷非接触测试系统，其特征在于，场平衡驻极体层采用微纳工艺旋涂在一体化屏蔽电极上表面，用于放置待测绝缘介质和形成平衡电场以禁锢待测空间电荷层。

6.一种空间电荷非接触测试方法，其特征在于，适用于权利要求1所述的空间电荷非接触测试系统，所述方法包括：

步骤1：通过第一脉冲电压驱动悬浮在待测绝缘介质上的电场激励驻极体层振动产生交变脉冲场，使待测绝缘介质内的空间电荷产生声压力波，实现对待测绝缘介质内部的空间电荷的非接触测试；

步骤2：通过放置在待测绝缘介质下方的场平衡驻极体层形成与交变脉冲场方向相反的平衡静电场，在待测绝缘介质内部形成零场强界面，实现对待测绝缘介质内的空间电荷的分层扫描重构。

7.根据权利要求6所述的空间电荷非接触测试方法，其特征在于，场平衡驻极体层的驻极体层薄膜表面的极化电荷产生平衡静电场。

8.根据权利要求6所述的空间电荷非接触测试方法，其特征在于，非接触测试包括整体式测试，所述整体式测试包括：

步骤101：对电场激励驻极体层上的驻极体层薄膜进行极化，使驻极体层薄膜的表面产生极化电荷，得到第一极化电荷密度；

步骤102：将待测绝缘介质放置在场平衡驻极体层的驻极体层薄膜表面，调节电场激励驻极体层与待测绝缘介质之间的距离，得到待测绝缘介质上表面与场平衡驻极体层下表面间的距离；

步骤103：通过低压脉冲发生器和压电振动元件，激励电场激励驻极体层振动，产生交变脉冲电场；

步骤104：通过交变脉冲电场，待测绝缘介质内的空间电荷产生声压力波，在示波器上通过声压力波信号来确定待测绝缘介质内的空间电荷信号窗口；

步骤105：将示波器采集到的数据传输到计算机，计算机将采集的到的信号进行分析处理，得到绝缘介质材料整体空间电荷的分布信息。

9.根据权利要求8所述的空间电荷非接触测试方法，其特征在于，通过多路控制开关的通断控制不同压电传感器与前置放大器之间的通断次序，实现待测绝缘介质整体空间电荷的三维测量。

10.根据权利要求6所述的空间电荷非接触测试方法，其特征在于，非接触测试包括分层扫描重构式测试，所述分层扫描重构式测试包括：

步骤201：对电场激励驻极体层上的驻极体层薄膜进行极化，使驻极体层薄膜的表面产生极化电荷，得到第一极化电荷密度；

步骤202：对场平衡驻极体层上的驻极体层薄膜进行极化，使驻极体层薄膜的表面产生极化电荷，得到第二极化电荷密度；

步骤203：将待测绝缘介质放置在场平衡驻极体层的驻极体层薄膜表面，调节电场激励驻极体层与待测绝缘介质之间的距离，得到待测绝缘介质上表面与场平衡驻极体层下表面间的距离；

步骤204：计算待测绝缘介质内部的零场强界面位置；

步骤205：通过低压脉冲发生器和压电振动元件，激励电场激励驻极体层振动，产生交变脉冲电场；

步骤206：通过交变脉冲电场，在待测绝缘介质的上表面与零场强界面位置之间产生声压力波，在示波器上通过声压力波信号来确定待测绝缘介质内的空间电荷信号窗口；

步骤207：将示波器采集到的数据传输到计算机，计算机将采集的到的信号进行分析处理，得到绝缘介质材料整体空间电荷的分布信息；

步骤208：通过多路控制开关的通断控制不同压电传感器与前置放大器之间的通断次序，实现待测绝缘介质局部空间电荷的三维测量；

步骤209：降低场平衡驻极体层上的驻极体层薄膜的第二极化电荷密度，调整零场强界面位置；

步骤210：重复执行步骤201至步骤209，测试整个待测绝缘介质内空间电荷；

步骤211：通过计算机将各分层空间电荷信息进行重构处理，得到待测绝缘介质的空间电荷的分布信息。