一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了属于液体介质空间电场光学测量技术领域的一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置及方法。该扫描测量装置包括光路系统、试验腔体、步进系统,试验腔体安装于步进系统上。利用反射镜调节光束位置和方向使其穿过电场区域，利用LabVIEW软件编程控制试验腔体的水平运动和垂直运动，完成光束在电极区域二维平面内的逐点扫描，在每一点处停留一段时间，由示波器记录下光电探测器输出的随冲击电压变化的光强曲线，反算出电场变化过程，最终得到电场分布特性。本发明利用光学方法实现对液体介质中区域电场的分布测量。本装置的扫描过程由程序控制完成，智能简便，避免了人为操作误差，具有良好的重复性和准确性。
【专利说明】
一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置
技术领域
[0001]本发明属于液体介质空间电场光学测量技术领域，特别涉及一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置。【背景技术】
[0002]换流变压器作为高压直流输电系统中的关键设备，其运行状态直接影响着电力系统的安全可靠运行。换流变压器的主绝缘为油纸绝缘，保证良好的绝缘状况对于设备的正常运行具有重要意义。
[0003]换流变压器中的油纸绝缘结构长期工作在多种形式的复合电压工况下，其电场分布特性直接决定了油纸绝缘结构的绝缘性能，而雷电冲击电压和操作冲击电压在换流变压器的出厂试验考核中尤为严苛，开展冲击电压下油纸绝缘空间电场分布特性的研究对换流变压器绝缘结构设计校核有重要的工程价值。目前Kerr效应法因其在线、实时、非接触测量等优点，应用于油纸绝缘空间电场的测量，该方法利用变压器油在电场作用下呈现出的双折射性质，通过检测激光光束的光强变化反映外施电场大小。在均勾电场下，电极间的电场处处相同，选取某一点进行测量即可；而在非均匀场下，电极间的电场处处不同，需对某区域内的各点电场进行测量才能获得电场分布特性。目前的相关报道中，均匀电场下的单点测量较多，而对于如何实现非均匀场下电极间某个区域内的电场分布测量，则尚未有人提出行之有效的方法。
[0004]针对上述问题，本发明专门设计了一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置， 可实现光束在电极区域二维平面内的逐点扫描，该装置的扫描过程由程序控制完成，智能简便，避免了人为操作误差，具有良好的重复性和准确性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置及方法，其特征在于，利用光学方法对液体介质中区域电场的分布测量;所述二维步进移动的电场分布扫描测量装置由在步进系统上放置试验腔体，步进系统两边各布置一套光路系统构成;其中步进系统包括水平移动台、垂直升降台、固定板所有光学器件和水平移动台安装在光学平台上；其中，由垂直升降台安装在水平移动台上，固定板安装在垂直升降台上构成步进系统，试验腔体安装在固定板上；
[0006]在步进系统左边，由激光器、起偏器、第一 1/4波片和第一定反射镜依次放置在步进系统左边的光学平台上，第一动反射镜垂直放置第一定反射镜上面，反射光轴水平通过试验腔体的一对电极之间；在步进系统右边，与第一动反射镜对应的位置上固定第二动反射镜，正对第二动反射镜下面的光学平台上放置第二定反射镜，在第二定反射镜后面依次第二1/4波片、检偏器和光电探测器，光电探测器作为光强接收装置。
[0007]所述光路系统中，第一定反射镜、第一动反射镜、第二动反射镜、第二定反射镜的反射面与光束的传播方向成45°，第一动反射镜和第二动反射镜的高度可调，从而改变光束的垂直高度。
[0008]所述试验腔体内安装有一对金属电极，上电极接高压，下电极接地。
[0009]所述水平移动台在X方向移动，有效行程为0?300mm，移动速度为0.001?lmm/s， 重复定位精度〇.〇5mm;垂直升降台在Y方向移动，有效行程为22mm，移动速度为2.6*1(T6? 0.2mm/s，重复定位精度0.01mm。
[0010]—种二维步进移动的电场分布扫描测量装置对电场分布扫描测量的方法，包括以下步骤:
[0011]S1:将所有光学器件和水平移动台安装在光学平台上，垂直升降台安装在水平移动台上，固定板安装在垂直升降台上，试验腔体安装在固定板上。
[0012]S2:调节第一动反射镜和第二动反射镜，以改变光束高度，同时手动调节水平移动台，改变试验腔体的水平位置，最终使光束打到电极间某一合适位置。
[0013]S3:以步骤S2中光束的入射点作为初始坐标(0,0)，则电场区域所有测量点的相对位置坐标可根据初始坐标而定，将测量点的坐标和扫描顺序输入程序，在水平移动台移动速度为〇.001?lmm/s和垂直升降台移动速度为2.6*10_6?0.2mm/s的范围内合理设定运动速度，以保证试验腔体内的液体不发生较大的晃动，用Labview软件通过RS485串口实现控制水平移动台和垂直升降台的同步移动，则二者的合成运动构成了激光光束在XY二维平面内的扫描轨迹;在每一个测量点处停留一段时间，该停留时间在程序中〇?30min可调；
[0014]S4:由示波器记录下光电探测器输出的随外施电压变化的光强曲线，经过反算可得每个测量点处的电场变化过程，从而获得电极间的电场分布情况。
[0015]本发明的有益效果是利用二维步进移动的电场分布扫描测量装置对液体介质中区域电场的分布进行测量，弥补了现有技术中只能对油纸绝缘空间电场进行单点测量的不足，能够实现激光光束在电场区域内的二维平面扫描测量，智能简便，避免了人为操作误差，具有良好的同步性、重复性和准确性。【附图说明】
[0016]图1为二维步进移动扫描装置示意图。
[0017]图2为圆柱-平板电极间激光光束的扫描轨迹示意图。【具体实施方式】
[0018]本发明提供一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置及方法，该二维步进移动的电场分布扫描测量装置由在步进系统上放置试验腔体，步进系统两边各布置一套光路系统构成;其中步进系统包括水平移动台、垂直升降台、固定板所有光学器件和水平移动台安装在光学平台上;本发明是利用光学方法对液体介质中区域电场的分布测量;下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步说明。[〇〇19]如图1所示的二维步进移动的电场分布扫描测量装置由垂直升降台112安装在水平移动台113上，固定板111安装在垂直升降台112上构成步进系统，试验腔体114安装在固定板111上;试验腔体114内安装有一对铝合金电极，上电极为圆柱电极，接高压；下电极为平板电极，接地;圆柱-平板电极产生稍不均匀电场。
[0020]在步进系统左边，由激光器101、起偏器102、第一 1/4波片103和第一定反射镜107依次放置在步进系统左边的光学平台上，第一动反射镜108垂直放置第一定反射镜107上面，反射光轴水平通过试验腔体114的一对电极之间;在步进系统右边，与第一动反射镜108 对应的位置上固定第二动反射镜109,正对第二动反射镜109下面的光学平台上放置第二定反射镜110,在第二定反射镜110后面依次第二1/4波片104、检偏器105和光电探测器106,光电探测器作为光强接收装置。[0021 ]所述光路系统中，第一定反射镜107、第一动反射镜108、第二动反射镜109、第二定反射镜110的反射面与光束的传播方向成45°，第一动反射镜108和第二动反射镜109的高度可调，从而改变光束的垂直高度。[〇〇22]所述步进系统，水平移动台113在X方向进行移动，有效行程为0?300mm，移动速度为0.001?lmm/s，重复定位精度0.05mm;垂直升降台在Y方向移动，有效行程为22mm，移动速度为2 ? 6*10—6?0 ? 2mm/s，重复定位精度0 ? 01mm。
[0023]如图2所示，以圆柱-平板电极为例，扫描轨迹是圆柱与平板之间三条曲线上的离散点，共15个点，点与点之间的最短距离为1_，可按以下步骤完成扫描测量过程:
[0024]S1:如图1所示，将所有光学器件和水平移动台113安装在光学平台上，垂直升降台 112安装在水平移动台113上，固定板111安装在垂直升降台112上构成步进系统，试验腔体 114安装在固定板111上;试验腔体114内安装有一对铝合金电极，上电极为圆柱电极，接高压;下电极为平板电极，接地;圆柱-平板电极产生稍不均匀电场。
[0025]S2:调节第一动反射镜108和第二动反射镜109改变光束高度，同时手动调节水平移动台113,改变试验腔体114的水平位置，使光束最终打到测量点13的位置(如图2所示)。
[0026]S3:将步骤2)中的测量点13作为初始坐标(0，0 )，则测量点1?15的相对位置坐标可根据初始坐标而定，将测量点1?15的坐标按照顺序依次输入程序，设定水平移动台113 和垂直升降台112的运动速度为10mi/s。用Labview软件通过RS485串口实现控制水平移动台113和垂直升降台112的同步移动，试验腔体发生移动，光束相对地从测量点1开始，按照图2中箭头所示的顺序依次经过15个测量点，在每一个测量点处停留10分钟，对电极施加 1.2/50yS标准雷电冲击电压，示波器记录下光电探测器106输出的随外施电压变化的光强曲线，经过反算可得15个测量点处的电场变化过程，从而获得电极间的电场分布情况。
【主权项】
1.一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置，其特征在于，利用光学方法对液体介 质中区域电场的分布测量;所述二维步进移动的电场分布扫描测量装置由在步进系统上放 置试验腔体，步进系统两边各布置一套光路系统构成;其中步进系统包括水平移动台、垂直 升降台、固定板所有光学器件和水平移动台安装在光学平台上;其中，由垂直升降台安装在 水平移动台上，固定板安装在垂直升降台上构成步进系统;试验腔体安装在固定板上；在步进系统左边，由激光器、起偏器、第一 1/4波片和第一定反射镜依次放置在步进系 统左边的光学平台上，第一动反射镜垂直放置第一定反射镜上面，反射光轴水平通过试验 腔体的一对电极之间;在步进系统右边，与第一动反射镜对应的位置上固定第二动反射镜， 正对第二动反射镜下面的光学平台上放置第二定反射镜，在第二定反射镜后面依次第二1/ 4波片、检偏器和光电探测器，光电探测器作为光强接收装置。2.根据权利要求1所述一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置，其特征在于，所述 光路系统中，第一定反射镜、第一动反射镜、第二动反射镜、第二定反射镜的反射面与光束 的传播方向成45°，第一动反射镜和第二动反射镜的高度可调，从而改变光束的垂直高度。3.根据权利要求1所述一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置，其特征在于，所述 试验腔体内安装有一对金属电极，上电极接高压，下电极接地。4.根据权利要求1所述一种二维步进移动的电场分布扫描测量装置，其特征在于，所述 水平移动台在X方向移动，有效行程为0?300mm，移动速度为0.001?lmm/s，重复定位精度 0.05mm;垂直升降台在Y方向移动，有效行程为22mm，移动速度为2.6*10_6?0.2mm/s，重复定 位精度〇.〇 1mm。5.—种二维步进移动的电场分布扫描测量装置对电场分布扫描测量的方法，其特征在 于，包括以下步骤:S1:将所有光学器件和水平移动台安装在光学平台上，垂直升降台安装在水平移动台 上，固定板安装在垂直升降台上，试验腔体安装在固定板上；S2:调节第一动反射镜和第二动反射镜，以改变光束高度，同时手动调节水平移动台， 改变试验腔体的水平位置，最终使光束打到电极间某一合适位置；S3:以步骤S2中光束的入射点作为初始坐标(0，0 )，则电场区域所有测量点的相对位置 坐标可根据初始坐标而定，将测量点的坐标和扫描顺序输入程序，在水平移动台移动速度 为0.001?lmm/s和垂直升降台移动速度为2.6*10_6?0.2mm/s的范围内合理设定运动速度， 以保证试验腔体内的液体不发生较大的晃动，用Labview软件通过RS485串口实现控制水平 移动台和垂直升降台的同步移动，则二者的合成运动构成了激光光束在XY二维平面内的扫 描轨迹;在每一个测量点处停留一段时间，该停留时间在程序中0?30min可调；S4:由示波器记录下光电探测器输出的随外施电压变化的光强曲线，经过反算可得每 个测量点处的电场变化过程，从而获得电极间的电场分布情况。
【文档编号】G01R29/14GK106018981SQ201610306247
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】齐波, 赵晓林, 张书琦, 高春嘉, 李金忠, 李鹏, 李成榕
【申请人】华北电力大学, 中国电力科学研究院