[發明專利]電介質樣品交直流空間電荷測試數據分析方法及裝置

在審

• 申請號: 201310530915.9
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103543339A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 郝建;唐超;伏進;吳高林;王謙;李嬌;胡東;熊必鳳;張松;李旭
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網重慶市電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R29/00
• 分類號: G01R29/00;G01R29/14;G01R29/24
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及空間電荷測量技術領域，尤其涉及一種電介質樣品交直流空間電荷測試數據分析方法及裝置。

背景技術

上世紀中葉開始，為了研究固體電介質中空間電荷的分布，各國學者不斷研發了一些測量方法。例如：在20世紀70年代，熱刺激法被用來研究材料內部的空間電荷特性，例如TSC（Thermally?Stimulated?Current，熱刺激電流法），TSSP（Thermally?Stimulated?Surface?Potential，熱刺激表面電位法），TL（Thermo?Luminescence，熱致發光法）等；這些測量方法為有損測量，其通過對試品進行緩慢的升溫，檢測升溫過程中的試品內部電荷釋放引發的電、光等信號，獲得電荷的陷阱深度等信息。又例如：20世紀70年代以后，出現了多種空間電荷分布的無損測量方法，其中，具有代表性的測量方法包括PIPWP（Piezo-electric?Induced?Pressure?Wave?Propagation，壓電誘導壓力波擴展法）、LIPP（Laser?Induced?Pressure?Propagation，激光誘導壓力波擴展法）、PEA（Pulsed?Electro-Acoustic，電聲脈沖法）等。其中PIPWP法與LIPP法統稱PWP法，以上各種方法在分辨率、信噪比、后期處理、適用范圍等方面各有優缺點，其適用領域也有差別，其中目前應用最多的無損測量方法是電聲脈沖法和激光誘導壓力脈沖法。

其中，電聲脈沖法的原理是利用高壓脈沖和絕緣介質中的電荷層的相互作用產生與材料中的電荷成正比的聲壓力波，然后將這些聲壓力波通過壓電傳感器轉化為電信號并放大從而被數字示波器獲取并顯示，目前的電聲脈沖法測量空間電荷的基本原理可以如圖1所示，其中U_dc為直流極化電壓，R為限流電阻，C為隔離電容，在內部空間電荷的分布為ρ(x)的介質上外加一高壓脈沖電場e_p（t），高壓脈沖電場與界面電場及空間電荷相互作用，產生瞬態電機械應力，發出應力波p（t），該應力波由壓電傳感器檢測并轉化為電壓信號u_s（t），通過對該電壓信號分析即可得出空間電荷密度分布。

發明內容

本發明提供了一種電介質樣品交直流空間電荷測試數據分析方法及裝置，用于對基于電聲脈沖法的測試平臺獲取的交直流空間電荷測試數據做進一步分析，以方便快速準確的獲取電介質樣品內部的各種特征參數的變化規律。

本發明提供了一種電介質樣品交直流空間電荷測試數據分析方法，包括如下步驟：

接收原始的交直流空間電荷測試數據，所述原始的交直流空間電荷測試數據由采用電聲脈沖法作為測試技術的交直流空間電荷測試平臺對被測電介質樣品進行測試后輸出；

對接收的原始的交直流空間電荷測試數據進行校正，得到校正后的交直流空間電荷測試數據；

根據所述校正后的交直流空間電荷測試數據，計算得到所述被測的電介質樣品的特征參數，所述特征參數包括如下任一項或其組合：電荷密度分布、電場強度分布、總電荷量分布、電荷視在遷移率、陷阱能級分布和電場畸變率。

進一步，所述接收原始的交直流空間電荷測試數據之前，還包括：

接收用戶輸入的參數，所述用戶輸入的參數包括：所述被測的電介質樣品的厚度、介損值和聲傳導速率，和所述交直流空間電荷測試平臺的電壓值、電壓極性、頻率、測試溫度和系統分辨率。

進一步，根據式：計算電荷密度分布；其中，Q_P是電介質內部儲存的電荷量，t是加壓或去壓時對應的極化時間或去極化時間，L是夾在電極之間的試樣厚度即被測電介質樣品的厚度，Q₀為去極化開始時的瞬時儲存電荷量，q₀為初始平均電荷密度，q₀(t)為電荷密度分布即q₀隨時間變化的參數。

進一步，根據式：計算電場強度分布；其中，E(x,t)為被測電介質樣品內部x位置在加壓t時刻的電場強度，ρ(x,t)是樣品內部x位置在t時刻的電荷密度，ε_r是樣品的相對介電常數，ε₀是真空介電常數，且ε₀=8.852*10^-12F/m，d是被測電介質樣品的厚度。

進一步，根據式：計算總電荷量分布；其中，ρ(x,t)是被測電介質樣品內部電荷密度，S是電極表面積，d是被測電介質樣品厚度。