专利名称：一种基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法
技术领域：
本发明涉及一种基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法，属于直流高压输电系统中的特高压测量技术领域。
背景技术：
早期的直流高压测量主要可以分为分压法、球隙法和静电表法三种，虽然三者都有一定的优势，但也都存在着较大的问题。其中，分压法在绝缘和抗干扰方面存在着极大缺陷；球隙法则由于其在特高压测量时所采用的铜球过于笨重，不利于使用；而静电表法虽然量程较高，但精度较低，且对安放位置、绝缘屏蔽以及环境的都有着非常高的要求。近年来，随着光电子、光纤通讯技术的发展，一种基于电光效应的高压测量方法成为了高压测量领域的研究热点。电光效应是指晶体在强电场作用下所出现的双折射现象，若将晶体置于强电场中，则其折射率会受到场强的调制，通过测量晶体的折射率即可得到电场强度的大小。由于采用了电光传感技术，这种方法具有以下显著特点:第一、能够测量的物理量多，如电场，电压，频率及相位等信息；第二、响应速度快，有较大的测量频率范围；第三、直接将待测信号调制为光信号，绝缘性能好，同时采用光纤传输信息，实现了高压侧和低压侧的电气隔离；第四、抗电磁干扰能力强，且测量装置中金属设备少，对被测电场影响较小，安全性也较高。尽管如此，基于电光效应的高压测量方法仍然存在着较大的不足:首先，光学结构复杂，光路控制要求较高，易受到外界的影响，测量时误差较大；其次，由于对温度和压力灵敏，温度稳定性和压力稳定性都较差，一般情况下，当温度从-30°C变化到90°C时，测量误差达到±17% ;最后，由于受到晶体半波电压的限制，能够测量的最大电压即量程较低，而且晶体本身的Pockel效应也存在缓慢漂移的现象，这就导致输出电压缓慢漂移，造成测量误差。
发明内容
本发明提供了一种基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法，用于解决传统直流高压测量过程中普遍存在的精度较低和量程受限两个关键问题，同时研究提高系统的绝缘和抗干扰性能，温度、压力稳定性以及环境适应能力等特性。本发明的目的是通过以下技术方案实现的:—种基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法，包括:将待测高压加在高真空电子加速管两端的电极上形成加速电场，并通过激光光源发出连续的光在光阴极激发出光电子，所述光电子受电场作用而加速，然后射入闪烁体探测器中产生闪烁光脉冲，将所述闪烁光脉冲经集束光纤传输到低压侧的电子学系统产生电压或电流脉冲；通过分时多道对所述电压或电流脉冲的幅度进行测量，得到符合高斯分布的能谱，所述能谱的峰值处对应的能量正比于待测高压的大小。本发明的有益效果:本发明采用具有统计分析能力的分时多道能谱测量技术，对产生的电压或电流脉冲的幅度进行测量分析，具有光学结构简单、光路控制要求较低、不易受到外界的影响、测量误差较小、温度稳定性和压力稳定性都较好、量程较大、测量精度较高的特点。
图1为本发明的具体实施方式
提供的基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法的流程示意图；图2为本发明的具体实施方式
提供的基于电场加速电子能谱测量技术的直流特高压测量系统的结构示意图；图3为本发明的实施例1中的基于电场加速电子能谱测量技术的直流特高压测量系统的结构示意图。
具体实施例方式本具体实施方式
提供了一种基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法，如图1所示，包括:步骤11，将待测高压加在高真空电子加速管两端的电极上形成加速电场，并通过激光光源发出连续的光在光阴极激发出光电子，所述光电子受电场作用而加速，然后射入闪烁体探测器中产生闪烁光脉冲，将所述闪烁光脉冲经集束光纤传输到低压侧的电子学系统产生电压或电流脉冲；步骤12，通过分时多道对所述电压或电流脉冲的幅度进行测量，得到符合高斯分布的能谱，所述能谱的峰值处对应的能量正比于待测高压的大小。本具体实施方式
的基本原理是:真空中的带电粒子在电场中受到库仑力的作用而加速运动，带电粒子的能量增量正比于加速电场的电压，如果能够测量出加速后带电粒子的能量，即可求得加速电场的电压。因此本具体实施方式
采用类似于微型静电加速器的测量装置对初始能量基本为零的电子进行加速，加速后的电子进入探测器，再配合具有统计分析能力的分时多道能谱测量系统，最终实现对加速电压的高精度测量。具体的，基于电场加速电子能谱测量的直流特高压测量系统的基本结构如图2所示:将待测高压加在高真空电子加速管两端的电极上，形成加速电场，利用激光光源发出连续的微弱光，不断在光阴极激发出光电子，光电子受电场作用而加速，射入闪烁体探测器中产生闪烁光脉冲，闪烁光脉冲经集束光纤传输到低压侧的电子学系统产生电压或电流脉冲。其中，激发出的光子可由光纤导入，接收的光电子可由接收集束光纤导出。由于微观粒子的行为具有统计特性，因此输出电压脉冲的幅度也具有一定的统计分布。在获得相应的电压或电流脉冲后，本具体实施方式
采用具有统计分析能力的分时多道能谱测量技术，利用分时多道对这些脉冲的幅度进行测量分析，在统计数目足够的前提下，将得到近似符合高斯分布的能谱，能谱的峰值处对应的能量正比于待测高压的大小。这样，通过测量一个能谱即可完成一次直流高压的测定。而分时多道的另一个显著特点在于能够实时测量获得一系列短时间段内的分时能谱，每一个分时能谱对应一次直流高压的测量，实现了直流高压的实时连续监测。下面结合实施例对本具体实施方式
提供的基于微型电子加速器和能谱测量的高精度直流特高压测量方法的原理及功能进行介绍。实施例1本实施例提供的基于电场加速电子能谱测量的直流特高压测量系统的结构如图3所示。主体为一个长为L的高真空电子加速管，两端面内侧分别固定光阴极和薄闪烁体。闪烁体后连接光导，光导末端有连接端子，供引出光纤连接。玻璃管外有绝缘套管兼作避光之用。在绝缘套管上有若干处开孔:面对光阴极处开孔，孔中固定高阻材料，供高压电极通过玻璃与光阴极实现高阻连接；靠近光阴极处开孔，供激发光通过，孔中安放带通滤波片，通带与激发光波长一致；闪烁体引出光导处开孔，供闪烁光引出，同时该端与地相连接。本具体实施方式
具有以下的优点和积极效果:I)、本具体实施方式
不仅有可以实现800keV电压等级的测量，同时由于电子加速和电子能谱的测量可以在几百MeV甚至更高能量上进行，因此本具体实施方式
为今后实现超高压输电的百万伏甚至是数百万伏电压等级的实时高精度电压监测提供一条行之有效的全新技术途径。2)、本具体实施方式
采取的方案是利用分时多道在一小段时间内(如几ms)进行大计数量的统计测量从而得到一个分时能谱，对该能谱进行寻峰，则峰值所在的能量能够精确正比于入射电子的能量，亦即待测高压。由于这种方式并不以单次脉冲幅度测量的结果为准，而是通过对能谱进行寻峰的方式来计算待测高压的，由粒子探测技术可知，作为影响探测系统固有能量分辨率的两大主要因素，统计涨落和系统噪声并不会导致能谱的峰值偏移，因此，采用分时能谱的方式后，高压测量的精度大大提高。3)、激发光可由光纤导入，接收的闪烁光由接收集束光纤导出，实现了高压侧和低压侧的完全电气隔离，同时高压侧除加速电极外无任何电子元件和金属部件，绝缘性能好。4)、微型静电加速器光阴极的自发热电子发射也可以像光电子一样被电场加速并参与电压测量，这从根本上避免了环境温度的变化对测量系统的影响。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法，其特征在于，包括: 将待测高压加在高真空电子加速管两端的电极上形成加速电场，并通过激光光源发出连续的光在光阴极激发出光电子，所述光电子受电场作用而加速，然后射入闪烁体探测器中产生闪烁光脉冲，将所述闪烁光脉冲经集束光纤传输到低压侧的电子学系统产生电压或电流脉冲； 通过分时多道对所述电压或电流脉冲的幅度进行测量，得到符合高斯分布的能谱，所述能谱的峰值处对应的能量正比于待测高压的大小。
2.根据权利要求1所述的基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法，其特征在于，激发出的所述光子由光纤导入，接收的所述光电子由接收集束光纤导出。
全文摘要
本发明提供了一种基于微型电子加速器和能谱测量技术的高精度直流特高压测量方法，包括将待测高压加在高真空电子加速管两端的电极上形成加速电场，并通过激光光源发出连续的光在光阴极激发出光电子，所述光电子受电场作用而加速，然后射入闪烁体探测器中产生闪烁光脉冲，将所述闪烁光脉冲经集束光纤传输到低压侧的电子学系统产生电压或电流脉冲；通过分时多道对所述电压或电流脉冲的幅度进行测量，得到符合高斯分布的能谱，所述能谱的峰值处对应的能量正比于待测高压的大小。本发明具有光学结构简单、光路控制要求较低、不易受到外界的影响、测量误差较小、温度稳定性和压力稳定性都较好、量程较大、测量精度较高的特点。
文档编号G01R31/02GK103207316SQ20121001305
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者阴泽杰, 李世平 申请人:中国科学技术大学