一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法及系统

本发明涉及电荷测量，更具体的说是涉及一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法及系统。

背景技术：

1、目前，交直流输电设备中绝缘器件的绝缘特性是制约输电设备向更高的输电等级和更大的输电容量发展的关键因素之一。介质内部会由于电极注入、杂质电离等原因积聚空间电荷，影响介质的老化和击穿过程，从而影响绝缘材料的绝缘特性。而对于空间电荷积聚行为的研究，目前常用的测试方法是电声脉冲法(pulsed electro-acoustic,pea)。常规电声脉冲法由于压电薄膜传感器90℃温度以上时压电特性会迅速下降甚至丧失，空间电荷测量系统所获取的信号会受到严重影响，导致在使用电声脉冲法设备测量空间电荷分布的过程中试样的温度不能超过压电薄膜的最高工作温度，无法获得高温下试样空间电荷分布。

2、因此，如何获得试样在高温空间的电荷分布是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法及系统，可消除pvdf压电薄膜传感器因高温使得其压电特性迅速下降甚至丧失这一影响因素，拓宽了空间电荷测量技术的测量温度范围。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法，包括以下步骤：

4、设置标定参数，第一介质材料进行标定，得到第一介质材料下的第一振动信号；所述第一介质材料为无空间电荷积聚介质材料；

5、根据所述第一振动信号计算得到分布标定信号；

6、设置实际测量参数，并获取第二介质材料下的第二振动信号，并根据所述标定信号和所述第二振动信号计算空间电荷密度分布；

7、所述第一振动信号和所述第二振动信号通过非接触式振动测量仪测得。

8、进一步的，在所述第一介质材料双侧表面附着电极，在所述第一介质材料内部形成场强，用于阻止电荷注入。

9、进一步的，所述第一介质材料两侧的电极同心且直径相同。

10、进一步的，根据所述标定信号和所述第二振动信号计算空间电荷密度分布，计算式包括：

11、

12、其中，a0'(f)为振幅信号的傅里叶变换；vsa′为标定试样的声速；vdc为施加在标定试样上的高压幅值；εr'为标定试样的相对介电常数；ε0为真空介电常数；d'为标定试样厚度；r(f)为试样内空间电荷分布的傅里叶变换；σ(0)、σ(d)为试样两端电荷面密度；δτ为示波器采样间隔时间。

13、通过傅里叶变换得到所述空间电荷密度分布。

14、进一步的，所述第一介质材料为环氧材料。

15、一种基于非接触振动测量的空间电荷测量系统，其特征在于，包括空间电荷信号发生装置、控制器、振动探测器和数据处理器；

16、所述空间电荷信号发生装置通过测试电极产生电场；

17、所述控制器与所述空间电荷信号发生装置通讯连接，用于控制所述空间电荷信号发生装置的工作参数；

18、所述振动探测器通过非接触式测量方法探测所述测试电极表面的振幅，用于生成标定样本振动信号和待测样本振动信号，

19、所述数据处理器用于获取所述标定样本振动信号和所述待测样本振动信号，并通过预设的算法计算空间电荷密度。

20、进一步的，所述工作参数包括电场强度和测量环境温度。

21、进一步的，所述振动探测器为多普勒激光振动测量仪。

22、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法及系统，通过非接触的振动测量代替原有的由压电传感器、放大器和示波器组成的声波检测系统，可消除pvdf压电薄膜传感器因高温使得其压电特性迅速下降甚至丧失这一影响因素，拓宽了空间电荷测量技术的测量温度范围，使得测试试样可加温至90℃及以上而空间电荷测量结果不受影响。

技术特征：

1.一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法，其特征在于，在所述第一介质材料双侧表面附着电极，在所述第一介质材料内部形成场强，用于阻止电荷注入。

3.根据权利要求2所述的一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法，其特征在于，所述第一介质材料两侧的电极同心且直径相同。

4.根据权利要1所述的一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法，其特征在于，根据所述标定信号和所述第三振动信号计算空间电荷密度分布，计算式包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于非接触振动测量的空间电荷测量系统，其特征在于，所述第一介质材料为环氧材料。

6.一种基于非接触振动测量的空间电荷测量系统，其特征在于，包括空间电荷信号发生装置、控制器、振动探测器和数据处理器；

7.根据权利要求6所述的一种基于非接触振动测量的空间电荷测量系统，其特征在于，所述工作参数包括电场强度和测量环境温度。

8.根据权利要求6所述的一种基于非接触振动测量的空间电荷测量系统，其特征在于，所述振动探测器为多普勒激光振动测量仪。

技术总结
一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法及系统，该方法步骤包括：设置标定测量参数，对第一介质材料进行标定，得到第一介质材料下的第一振动信号；第一介质材料为无空间电荷积聚介质材料；根据第一振动信号计算得到分布标定信号；设置实际测量参数，并获取第二介质材料下的第二振动信号，并根据标定信号和第二振动信号计算空间电荷密度分布；第一振动信号和第二振动信号通过非接触式振动测量仪测得；本发明通过非接触式的振动测量实现空间电荷分布的检测，可消除PVDF压电薄膜传感器因高温使得其压电特性迅速下降甚至丧失这一影响因素，拓宽了空间电荷测量技术的测量温度范围。

技术研发人员：张宏亮,金世雨,金海,王虹,魏祥林,魏腾飞,李晓楠,李康乐,马雨润
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25