[發明專利]一種多功能空間電荷測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201710552011.4
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107247196B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 鄭曉泉;錢雨峰;黎穎;雷偉群
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R29/24
• 分類號: G01R29/24;G01R29/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種多功能空間電荷測量系統，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脈沖參數的脈沖發生裝置(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)，設置在金屬外殼(8)內并與下電極上蓋板(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)；

該系統在大氣環境下外加直流高壓進行常規測量，施加電壓范圍為1kV～50kV；同時也能夠在電子輻照環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.根據權利要求1所述的多功能空間電荷測量系統，其特征在于：所述脈沖發生裝置(2)能夠根據試樣厚度調節輸入脈沖信號的幅值和脈寬，同時薄膜傳感器(5)通過調節薄膜的厚度以適應不同厚度試樣的測量，使得整個測量系統實現對不同厚度的板狀試樣材料進行測量；所述脈沖發生裝置(2)的脈沖幅值可調范圍為0～3600V，脈寬的調節范圍為5ns～150ns；薄膜傳感器(5)的薄膜厚度調節范圍為5μm～100μm；可測量的試樣厚度范圍為0.1mm～5mm。

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

5.權利要求1所述多功能空間電荷測量系統的測量方法，其特征在于：以脈沖電聲法作為基本原理，在一般大氣環境下施加直流高壓進行常規測量時，測量電荷的來源為施壓的直流高壓源(3)；根據測量試樣的厚度進行脈沖參數和傳感器厚度的選擇；直流高壓源(3)的施壓使得試樣內被注入一定極性的電荷，脈沖發生裝置(2)所施加的脈沖在經過試樣內部電荷位置時會產生相應極性的聲脈沖波；聲脈沖波傳輸經過試樣和下電極上蓋板(4)之后被薄膜傳感器(5)接收并轉變為電信號，之后輸出的電信號波形經過低噪聲放大器(7)放大，并經積分電路匹配線(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據進行標定和去噪處理，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，在電子輻照環境下該系統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，電子停留在試樣內部直接形成空間電荷，然后利用脈沖發生裝置(2)發出的脈沖激發出與電荷相關的聲波信號，聲波信號以試樣和下電極上蓋板(4)為介質進行傳輸，被薄膜傳感器(5)接收并轉化為相應的電信號；隨后電信號經過低噪聲放大器(7)放大，然后經積分電路匹配線(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據進行標定和去噪處理，最終獲得試樣的電荷分布和電場強度分布。