[發明專利]一種平板絕緣材料表面電勢快速測量系統

有效

• 申請號: 201510378840.6
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN105116171B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 何金良;胡軍;李傳揚;張波;余占清
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01Q80/00
• 分類號: G01Q80/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于絕緣材料表面特性測試領域，特別涉及一種平板絕緣材料表面電勢測量系統。

背景技術

對絕緣材料施加直流電壓后，材料表面將出現電荷積累現象，這將影響表面電場分布，使絕緣材料在較低電壓下發生沿面閃絡，大大限制了高壓直流絕緣件的應用。因此，研究固體絕緣表面的電荷分布具有重要意義。利用靜電電容探頭對絕緣材料表面進行掃描，得到材料表面電勢分布后，反推表面電荷密度，為目前獲得表面電荷分布的主要方法。然而，研究表明，在斷開電壓后，絕緣材料表面電勢將隨時間不斷變化，具有逐漸衰減的特點，特別是在常壓及高于大氣壓環境下，斷開電壓后幾分鐘時間內，表面電勢衰減變化十分明顯。

目前，表面電勢讀取大部分通過靜電計來完成，靜電電容探頭由驅動電機或者手動滑軌進行定位后，讀取靜電計示數并手動記錄數據，然后調節靜電電容探頭至下一測量點，重復上述操作。該方法從測量開始到結束，往往需要耗費至少十幾分鐘甚至半小時時間，在這段時間內，表面電勢衰減將對測量結果帶來一定影響，引入較大誤差；另外，不同測試人員測量軌跡選擇及定位精度會存在差異，這也對實驗結論引入了誤差。

發明內容

本發明針對現有絕緣材料表面電勢測量領域中存在的測量過程耗費時間長，無法自動完成快速測量、記錄及顯示一體，同時能夠完成特定位置絕緣表面電勢衰減特性測量的現狀，提供一種平板絕緣材料表面電勢快速測量系統，實現平板絕緣材料表面電勢快速準確測量，以及電勢衰減規律測試。

本發明所采用的技術方案是：一種平板絕緣材料表面電勢快速測量系統，其特征在于，所述測量系統包括測量探頭、探頭屏蔽罩、電壓保持單元、示波器、計算機、接地電機、探測器固定板、探頭接地針、接地電機接地環、二維移動平臺、直線推進平臺及驅動機構控制器；其中，接地電機與測量探頭固定在探測器固定板上，測量探頭置于探頭屏蔽罩中；接地電機轉子與探頭接地針連接在一起，接地電機接地環一端卡在轉子上，接地電機接地環的另一端連接到探測器固定板上；探頭與電壓保持單元信號輸入端連接，電壓保持單元信號輸出端與示波器相連，示波器與計算機連接；探測器固定板與二維移動平臺固定在一起，二維移動平臺被固定在直線推進平臺上，驅動機構控制器分別與二維移動平臺和直線推進平臺的步進電機，以及接地電機連接。

所述測量系統，其特征在于，所述測量探頭由靜電感應電極，電極外屏蔽層，以及二者之間填充的絕緣材料組成；靜電感應電極為下端伸出所述絕緣材料外的不銹鋼金屬電極，上端穿過絕緣材料，通過SMA接頭引出至示波器；電極外屏蔽層由兩個中空圓柱組成，所述填充的絕緣材料為聚四氟乙烯，填充于所述電極外屏蔽層內，中間留有孔，用于固定所述靜電感應電極，下端緊貼所述電極外屏蔽層并向外伸出，用于套裝所述探頭屏蔽罩。

所述測量系統，其特征在于，所述探頭屏蔽罩由電極屏蔽罩外殼，接地孔和屏蔽罩固定座組成，為屏蔽探頭運行過程中外界存在的高頻干擾，提高電勢測量分辨率；所述電極屏蔽罩外殼為具有不同內徑尺寸的多個不銹鋼空心圓管，用于對不同測量環境及表面電勢測量靈敏度要求進行相應選擇；所述接地孔設置在電極屏蔽罩外殼上端一側的小孔，用于運行前靜電感應電極接地；所述屏蔽罩固定座為與電極屏蔽罩外殼上端相連的金屬筒，用于將電極屏蔽罩外殼安裝于測量探頭外，并與測量探頭靜電感應電極外屏蔽層可靠連接，使測量探頭露出電極屏蔽罩外殼下端。

所述測量系統，其特征在于，所述接地電機接地環，由不銹鋼針做成，一段固定于所述探測器固定板上，另一端做成凹形，卡在所述接地電機轉子上，能夠實現在不影響轉子旋轉的前提下，對轉子持續接地。

所述測量系統，其特征在于，所述二維移動平臺為兩個運動方向相互垂直的絲杠滑臺組成，兩個絲杠分別由一臺步進電機驅動，步進電機由驅動機構控制器控制。

所述測量系統，其特征在于，所述驅動機構控制器內存儲有能夠實現步進電機行走的程序，實現對所述二維移動平臺及直線推進平臺步進電機精確控制，按預定路線及時延行走；驅動機構控制器實現運行程序編寫與存儲，實現推進平臺及二維移動平臺按照預期程序帶動所述探頭運動，其中，推進平臺可沿直線帶動所述二維移動平臺實現直線運動，目的為確保電壓施加過程中，探針遠離表面，電壓斷開后，探針被移動到表面測試初始位置，保持電極下端距表面2-5mm，二維移動平臺可在電極移動到絕緣表面初始位置后，控制探頭沿表面做Z字形掃描，探頭停留時間及行走耗時均可通過運行程序進行調整，實現對掃描時間的控制。