實(shí)驗(yàn)名稱：交變電場(chǎng)下聚乙烯中空間電荷分布研究

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、壓電傳感器、示波器、電極等。

圖1：交變空間電荷測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

一、交變高壓源

交變高壓源為試樣提供測(cè)試所需的高壓電場(chǎng)環(huán)境，采用高壓放大器，高壓放大器在工作時(shí)需要輸入一個(gè)幅值較低的控制信號(hào)，高壓放大器將控制信號(hào)放大后輸出。

二、PEA測(cè)試平臺(tái)

如上圖1所示，PEA測(cè)試平臺(tái)包括電極、傳感器、放大器等器件。交變電壓接入金屬絲桿通入上電極，絲桿外包裹絕緣層穿過(guò)電極外殼，由于交變電壓容易在尖端產(chǎn)生電暈，因此使用均壓球優(yōu)化接口處電場(chǎng)分布。脈沖源在電極側(cè)面的BNC接口處接入，脈沖經(jīng)電容C0耦合在試樣上，電容C0還起到隔絕交變高壓、防止對(duì)脈沖源造成損害的作用。整個(gè)電極通過(guò)緊固件固定后與試樣緊密接觸，在置換試樣時(shí)可方便地拆卸。上電極與試樣間放置一個(gè)半導(dǎo)體薄片，用于優(yōu)化電場(chǎng)分布和吸收試樣中向上傳播的聲波，減少反射聲波對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

三、數(shù)據(jù)采集模塊

高性能示波器對(duì)交流電場(chǎng)下不同相位的空間電荷進(jìn)行快速采集和保存。交流電場(chǎng)下采集的空間電荷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大，受限于數(shù)據(jù)傳輸速度，本文采用離線處理方式，采集到的空間電荷信號(hào)首先存儲(chǔ)在示波器中，隨后在計(jì)算機(jī)上使用處理軟件進(jìn)行平均和恢復(fù)等。

四、設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2：交變電場(chǎng)空間電荷測(cè)量系統(tǒng)原理圖

PEA法交變電場(chǎng)空間電荷測(cè)試系統(tǒng)的基本原理如圖2所示，高壓電源提供交變電場(chǎng)，脈沖源提供脈沖激勵(lì)，交變電場(chǎng)和脈沖電場(chǎng)共同耦合在待測(cè)試樣上。試樣中的空間電荷產(chǎn)生的機(jī)械聲波被傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后經(jīng)放大接入示波器保存，通過(guò)檢測(cè)到的電信號(hào)強(qiáng)度和傳播到達(dá)時(shí)間判定空間電荷的電荷量和位置。

五、測(cè)試軟件

基于Labview編寫(xiě)了測(cè)試軟件，將參數(shù)設(shè)置集成在測(cè)試軟件中，計(jì)算機(jī)通過(guò)雙絞線和RS232串行接口連接示波器、脈沖源、函數(shù)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

對(duì)比設(shè)計(jì)了交變電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量系統(tǒng)除脈沖源以外的其他組成模塊：采用函數(shù)發(fā)生器與高壓放大器產(chǎn)生交變高壓；設(shè)計(jì)了測(cè)試平臺(tái)，能夠?qū)⒖臻g電荷量化為電信號(hào)輸出；對(duì)比了數(shù)字信號(hào)平均器與示波器，并選用高性能示波器采集空間電荷信號(hào)；設(shè)計(jì)了純阻性分壓器對(duì)施加在試樣上的電壓進(jìn)行監(jiān)控。

將所有模塊、部件整合，搭建了完整的交變電場(chǎng)空間電荷測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)50Hz單周期內(nèi)20~60個(gè)相位點(diǎn)的空間電荷測(cè)量、采集和保存，每個(gè)相位點(diǎn)上施加的脈沖簇對(duì)應(yīng)的相位跨度在2度以內(nèi)。

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審核編輯 黃宇