专利名称：一种空间电荷分布的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量固体电介质材料，特别是功能性电介质材料和电气绝缘材料中的空间电荷分布的装置。
至今为止，国内外对固体电介质材料，如功能性电介质材料和电气绝缘材料中空间电荷分布的测量所使用的装置一共有两种一种是采用激光压力波法(PWP)所使用的装置，另一种是采用电声脉冲法(PEA)所使用的装置。第一种PWP(用大功率激光器的压力波法，也称LIPP法)的装置是采用大功率激光器作用于与之专门匹配的激光靶上，就有一个宽度很窄的压力脉冲作用于所测电介质材料的试样上，该压力脉冲在该试样中以声速级传播，或称为声脉冲传播，此时，该试样的两端的电路上就能产生感应电荷，同时测量外电路上的开路电压或者短路电流，就可以得到该试样的空间电荷的分布。第二种PEA(电声脉冲法)是用一个高压电脉冲，作用于所测电介质材料试样的两端电路上，该试样的空间电荷受到该外加的高压电脉冲作用，会产生微小的位移，该微小的位移会产生向两边传播的声信号，测量这个声信号，也能知道该电介质试样的空间电荷分布情况。
但是，上述两种方法所采用的装置均存在着难以克服的缺点第一种PWP所用的装置，虽然对待测试样的性质没有影响，但该装置中的大功率激光器价格昂贵，激光靶在测试过程中易受到破坏，不能在过高的重复频率下测量，而且该装置结构复杂，操作和维护较困难，因此只能在实验室中使用，不能普及，更不能用于工程测量。第二种PEA所用的装置，虽然因其测量部分和电、声脉冲的产生是分开的，所以即便试样被击穿，测量部分也不会受到损害，但其外加的高压电脉冲对试样本身的空间电荷可产生了不可忽视的影响。
本实用新型的目的是设计一种价格低廉、抗外界干扰强、不对待测试样性能产生影响、并能在一个装置上实现两种测量方法的空间电荷分布的测量装置。
为了达到上述目的，本实用新型是通过以下方案实现的。它是由试样测试腔、声电＼电声转换器、高速电信号发生器、高压电信号发生器、高压直流电源、高阻输入放大器、低阻输入放大器、示波器和计算机组成。由铝棒和压电薄膜组成的、能将声、电互相转换的声电＼电声转换器插入试样测试腔上面的开口处，该声电＼电声转换器的顶端与高速电信号发生器及其阻抗转换器连接，其中心垂线与试样测试腔内设有的试样台中心线重合，试样台上可放置不同厚度的、正反两面固有试样电极的试样，试样台下固有试样台电极，该试样台电极与设置在试样测试腔底部的绝缘台之间设有弹簧，从而保证了试样电极与试样台的良好电接触；试样台电极分别与电阻和电容、以及设置在试样测试腔两侧的接头相连接、接头可分别与高压直流电源和高压电信号发生器及其低阻输入放大器相接插；试样测试过程在起屏蔽作用的试样测试腔与声电＼电声转换器内部进行，杜绝了测试时的外界干扰。
当在本实用新型上采用PEA法测量试样的空间电荷分布时，启动高压电信号发生器发出电脉冲信号，此高压电脉冲信号外加到试样上时，产生了能反映出空间电荷分布的声信号，此声信号通过铝棒传播到压电薄膜上，压电薄膜将声信号转变成电流信号，电流信号通过铝棒传播到阻抗转换器，将测得的电流信号转换成电压信号后，再与高阻输入放大器和数字示波器相连接，示波器将电压信号输入计算机，从计算机的设定程序可读出所测试样的空间电荷分布。
当在本实用新型上采用PWP测量空间电荷分布时，启动高速电信号发生器，高速电信号发生器发出的宽度很窄的压力脉冲，该压力脉冲通过声电＼电声转换器的铝棒传递到压电薄膜上，产生了脉宽很窄的声脉冲，并在试样中以声脉冲形式传播，此时试样两面的电极上就能产生感应电荷(即电信号)，这些电信号通过低阻输入放大器，示波器输入计算机，从计算机的设定程序中就能读出所测试样的空间电荷分布。
本实用新型的优点是1．由于用高压电信号发生器和声电＼电声转换器替代了大功率激光器和激光靶，所以在保证所测试样的测量精度的前提下，该装置的制造成本大大地降低。
2．由于本实用新型的装置中用高速电信号发生器和声电＼电声转换器替代了大功率激光器和激光靶产生压力波，所以对测试环境要求很低，从而使本实用新型既可用于电介质空间电荷分布的实际工程测量，也可用于对它们的实验室研究。
3．由于试样测试腔与声电＼电声转换器构成的整个测试部分对外界是电屏蔽的，所以避免了测量时外界对它的干扰。
4．由于本实用新型能在同一个装置上实现两种(PWP和PEA)方法测量试样的空间电荷分布，所以减少或避免了测量时产生的随机性，提高了测试所得数据的可靠性和准确性。
附图为本实用新型的实施例，其中
图1为本实用新型的结构示意图图2为本实用新型的工作原理图。
结合附图对本实用新型作进一步的描述。
本实用新型由左接头1、试样测试腔2、试样电极3、下铝棒4、声电＼电声转换器5、高速电信号发生器6、阻抗转换器7、绝缘圈8、上铝棒9、压电薄膜10、试样11、试样台12、高压电信号发生器13、右接头14、电容15、试样台电极16、弹簧17、绝缘台18、电阻19、高压直流电源20、高阻输入放大器21、低阻输入放大器22、示波器23和计算机24组成。
由下铝棒4、上铝棒9和压电薄膜10组成的、能将声、电互相转换的声电＼电声转换器5插入试样测试腔2上面的开口处，该声电＼电声转换器5的顶端通过绝缘圈8密封后，分别与高速电信号发生器6及其阻抗转换器7连接，其中心垂线与试样测试腔2内设有的试样台12的中心线重合，试样台12上面可放置厚度在0．1～10mm、形状是平板式的、正反两面预先涂好或压好半导体电极3的试样11，为避免试样电极3在直流高压下的边缘触电，试样11的尺寸应大于试样台12的尺寸，试样台12下面固有试样台电极16，该电极16与设置在试样测试腔2底部的绝缘台18之间设有弹簧17，通过弹簧17调节，保证了试样11的良好电接触；试样台电极16分别与电阻19和电容15、以及设置在试样测试腔2两侧的左接头1和右接头14相连接；左接头1可与高压直流电源20相接插，右接头14和高压电信号发生器13以及低阻输入放大器22相接插；试样测试腔2与声电＼电声转换器5构成起屏蔽作用的空间，杜绝了测试时的外界干扰。
本实用新型的工作原理如下所述当在本实用新型上采用PEA测量试样的空间电荷分布时，预先在试样11的正反两个面上涂上或压上试样电极3，然后将他们放置在试样台12上就位。启动高压直流电源20和高压电信号发生器13，高压直流电源20通过电阻19限流保护后，从试样台电极16和试样台12到达下面的试样电极3，将高压电场加到试样11底端，与上面的试样电极3、下铝棒4、声电＼电声转换器5的外壳以及试样测试腔2的接地外壳相连接，形成一个通电回路；将高压电信号发生器13插入右接头14，高压电信号发生器13发出高压电脉冲信号，脉冲幅度为—2KV～—8KV，脉冲的宽度为数10纳秒，电脉冲信号从右接头14进入试样测试腔2内的电容15，隔离掉多余的杂散信号加到试样11的底端，在同样的通电回路作用下，试样11中的空间电荷在外加电脉冲作用下，产生声信号，声信号通过声电＼电声转换器5下端的下铝棒4传到压电薄膜10上，压电薄膜10将声信号转变成电信号，电信号通过上铝棒9传到阻抗转换器7，将测得的电流信号转换成电压信号，然后再输到高阻输入放大器21把电压信号放大，由数字示波器23记录下来，将该电压信号输入计算机24，从计算机24的设定程序中能直接读出试样11的空间电荷分布。
当在本实用新型上采用PWP测量空间电荷分布时，预先在两面做好试样电极3的试样11在试样台12上就位，启动高压直流电源20和高速电信号发生器6，高压直流电源20通过电阻19到达试样电极3，将高压电场加到试样11两端；电阻19起到限流保护作用，高速电信号发生器6发出的宽度很窄的压力脉冲0～300V，下降沿为10纳秒，上升沿较缓，脉冲宽度为数纳秒，周期为数百微米的驱动电脉冲，该电脉冲通过上铝棒9加到压电薄膜10两端上，在压电薄膜10的负载端产生脉宽很窄的声脉冲，在试样11中以声脉冲形式传播，试样11两面的试样电极3上就能产生电信号，通过试样台12传到试样台电极16，再到电容15到右接头14和低阻输入放大器22，这些电信号通过低阻输入放大器22，示波器23输入计算机24，从计算机24的设定程序中就能读出对所测试样的空间电荷分布。
权利要求1．一种空间电荷分布的测量装置，其特征在于它是由左接头(1)、试样测试腔(2)、试样电极(3)、下铝棒(4)、声电＼电声转换器(5)、高速电信号发生器(6)、阻抗转换器(7)、绝缘圈(8)、上铝棒(9)、压电薄膜(10)、试样(11)、试样台(12)、高压电信号发生器(13)、右接头(14)、电容(15)、试样台电极(16)、弹簧(17)、绝缘台(18)、电阻(19)、高压直流电源(20)、高阻输入放大器(21)、低阻输入放大器(22)、示波器(23)和计算机(24)组成；由下铝棒(4)、上铝棒(9)和压电薄膜(10)组成的声电＼电声转换器(5)插入试样测试腔(2)上面的开口处；该声电＼电声转换器(5)的顶端通过绝缘圈(8)密封后，分别与高速电信号发生器(6)和阻抗转换器(7)连接，阻抗转换器(7)与高阻输入放大器(21)、示波器(23)和计算机(24)连接；声电＼电声转换器(5)的中心垂线与试样测试腔(2)内设有的试样台(12)的中心线重合，试样台(12)上面可放置正反两面预先固有试样电极(3)的试样(11)，试样台(12)下面固有试样台电极(16)，该电极(16)与固结在试样测试腔(2)底部的绝缘台(18)之间设有弹簧(17)；试样台电极(16)还分别与电阻(19)和电容(15)、以及设置在试样测试腔(2)两侧的左接头(1)和右接头(14)相连接；左接头(1)与高压直流电源(20)相接插，右接头(14)和高压电信号发生器(13)、低阻输入放大器(22)、示波器(23)和计算机(24)相接插。
专利摘要本实用新型涉及一种固体电介质材料中空间电荷分布的测量装置,由试样测试腔、声电/电声转换器,高速电信号发生器、高压电信号发生器、高压直流电源、高阻输入放大器、低阻输入放大器、示波器和计算机组成。该装置测量精度高,制造成本很低;测试环境的良好电屏蔽避免了外界的干扰;在本实用新型上能实现两种(PWP和PEA)方法测量,从而减少或避免了测量时的随机性,提高了测试数据的可靠性和准确性。本实用新型用途广泛,既可对固体电介质材料中的空间电荷分布进行实际工程测量,也可用于对它们的实验室研究。
文档编号G01N27/60GK2413294SQ00216109
公开日2001年1月3日 申请日期2000年1月11日 优先权日2000年1月11日
发明者张冶文, 李吉晓, 夏钟福 申请人:同济大学