[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

一種多功能空間電荷測量系統及測量方法，該測量系統包括測量上電極，測量下電極，與測量上電極脈沖接入端連接的脈沖發生裝置，與測量上電極高壓接入端連接的直流高壓源，試樣設置在測量上電極和測量下電極間；測量下電極包括金屬外殼，設置在金屬外殼頂部并與試樣下表面接觸的下電極上蓋板，設置在金屬外殼內并與下電極上蓋板下表面緊貼的薄膜傳感器，罩在薄膜傳感器外部的金屬屏蔽殼，與薄膜傳感器相連的低噪聲放大器，鑲嵌在金屬外殼上的面板接頭，低噪聲放大器與面板接頭相連；通過積分電路匹配線與面板接頭連接的示波器；本發明還公開了測量方法；本發明不僅具有常規空間電荷測量功能，還具備在模擬空間真空高能電子環境下對不同厚度的板狀試樣電荷注入和消散規律以及電荷、電場分布進行在線測量的功能。

技術領域

本發明屬于使用電聲脈沖法進行介質材料內空間電荷測量技術領域，具體涉及一種多功能空間電荷測量系統及測量方法。

背景技術

絕緣介質作為電氣、電子器件的關鍵組成部分，其電氣、老化性能直接影響到設備運行的可靠性和壽命。研究表明，空間電荷是引起聚合物電老化的一個重要因素，材料的空間電荷分布能直觀反映聚合物電老化程度、機構破壞、陷阱密度及其分布。太空環境對導致天器可靠性影響最嚴重的是各種能量的電子，電子聚集在介質材料內部或表面都會形成高靜電電位，并引發嚴重影響電子系統正常工作的脈沖放電，嚴重時直接導致電子器件擊穿或燒毀。研究介質材料在高能電子輻照下的空間電荷分布，對于保證航天器的運行可靠性和壽命具有重要意義。

經過20多年發展，電聲脈沖法(PEA)已被廣泛應用于研究固體絕緣介質中空間電荷分布。但是基于電聲脈沖法的常規測量空間電荷系統不能用于模擬空間環境進行電子束輻照情況下的空間電荷在線測量，且適用試樣規格范圍極為狹窄，僅為0.5mm厚度以下。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種多功能空間電荷測量系統及測量方法，該系統不僅具有常規空間電荷測量功能，而且將測量范圍擴展至5mm及以下厚試樣，并且具備在模擬空間真空高能電子環境下對不同厚度的板狀材料試樣電荷注入和消散規律以及電荷、電場分布進行在線測量的功能。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種多功能空間電荷測量系統，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。

所述測量上電極1為申請人自主發明專利(專利號：ZL?2011?1?0359855.X)中的電極。

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。

該系統在一般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。

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。