[發(fā)明專利]一種多功能空間電荷測量系統(tǒng)及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710552011.4
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107247196B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭曉泉;錢雨峰;黎穎;雷偉群
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01R29/24
• 分類號: G01R29/24;G01R29/14
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種多功能空間電荷測量系統(tǒng)，其特征在于：包括測量上電極(1)，測量下電極(12)，與測量上電極(1)脈沖接入端連接的可調(diào)脈沖參數(shù)的脈沖發(fā)生裝置(2)，與測量上電極(1)高壓接入端連接的直流高壓源(3)，試樣設(shè)置在測量上電極(1)和測量下電極(12)間；所述測量下電極(12)包括金屬外殼(8)，設(shè)置在金屬外殼(8)頂部并與試樣的下表面接觸的下電極上蓋板(4)，設(shè)置在金屬外殼(8)內(nèi)并與下電極上蓋板(4)下表面緊貼的可改變厚度的薄膜傳感器(5)，罩在薄膜傳感器(5)外部的金屬屏蔽殼(6)，與薄膜傳感器(5)相連的低噪聲放大器(7)，鑲嵌在金屬外殼(8)上的面板接頭(9)，面板接頭(9)中有一個信號傳輸口和一個電源接入口，分別用于傳出低噪聲放大器(7)放大的信號和給低噪聲放大器(7)供電，低噪聲放大器(7)與面板接頭(9)相連；與面板接頭(9)的信號傳輸口連接的積分電路匹配線(10)，連接在積分電路匹配線(10)另一端的示波器(11)；

該系統(tǒng)在大氣環(huán)境下外加直流高壓進行常規(guī)測量，施加電壓范圍為1kV～50kV；同時也能夠在電子輻照環(huán)境下實時測量試樣的空間電荷分布情況，電子能量范圍為10keV～10MeV，且該系統(tǒng)在垂直輻射和水平輻射的情況下都能進行實驗測量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能空間電荷測量系統(tǒng)，其特征在于：所述脈沖發(fā)生裝置(2)能夠根據(jù)試樣厚度調(diào)節(jié)輸入脈沖信號的幅值和脈寬，同時薄膜傳感器(5)通過調(diào)節(jié)薄膜的厚度以適應(yīng)不同厚度試樣的測量，使得整個測量系統(tǒng)實現(xiàn)對不同厚度的板狀試樣材料進行測量；所述脈沖發(fā)生裝置(2)的脈沖幅值可調(diào)范圍為0～3600V，脈寬的調(diào)節(jié)范圍為5ns～150ns；薄膜傳感器(5)的薄膜厚度調(diào)節(jié)范圍為5μm～100μm；可測量的試樣厚度范圍為0.1mm～5mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能空間電荷測量系統(tǒng)，其特征在于：所述測量上電極(1)和測量下電極(12)通過螺桿和螺母固定連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能空間電荷測量系統(tǒng)，其特征在于：所述積分電路匹配線(10)主要由電容和電阻構(gòu)成，用于消除波形的畸變。

5.權(quán)利要求1所述多功能空間電荷測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于：以脈沖電聲法作為基本原理，在一般大氣環(huán)境下施加直流高壓進行常規(guī)測量時，測量電荷的來源為施壓的直流高壓源(3)；根據(jù)測量試樣的厚度進行脈沖參數(shù)和傳感器厚度的選擇；直流高壓源(3)的施壓使得試樣內(nèi)被注入一定極性的電荷，脈沖發(fā)生裝置(2)所施加的脈沖在經(jīng)過試樣內(nèi)部電荷位置時會產(chǎn)生相應(yīng)極性的聲脈沖波；聲脈沖波傳輸經(jīng)過試樣和下電極上蓋板(4)之后被薄膜傳感器(5)接收并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺筝敵龅碾娦盘柌ㄐ谓?jīng)過低噪聲放大器(7)放大，并經(jīng)積分電路匹配線(10)進行波形修正，最后被示波器(11)接收，之后將得到的波形對信號數(shù)據(jù)進行標(biāo)定和去噪處理，最終獲得試樣的電荷分布和電場強度分布；

電子輻照環(huán)境下的試樣的電荷集聚原理為電子的直接注入，在電子輻照環(huán)境下該系統(tǒng)的測量不需要接入直流電壓，所以不需要直流高壓源(3)，利用測量上電極(1)直接接受電子注入，電子停留在試樣內(nèi)部直接形成空間電荷，然后利用脈沖發(fā)生裝置(2)發(fā)出的脈沖激發(fā)出與電荷相關(guān)的聲波信號，聲波信號以試樣和下電極上蓋板(4)為介質(zhì)進行傳輸，被薄膜傳感器(5)接收并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號；隨后電信號經(jīng)過低噪聲放大器(7)放大，然后經(jīng)積分電路匹配線(10)進行波形修正，最后被示波器(11)獲取，之后將得到的波形對信號數(shù)據(jù)進行標(biāo)定和去噪處理，最終獲得試樣的電荷分布和電場強度分布。