CN111781433B - 锥形双层介质界面电荷测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锥形双层介质界面电荷测量装置及方法，该装置包括高压直流电源装置、高压脉冲电源装置、界面探测滑块、压电传感器滑块、数字示波器、计算机。该测量装置结合了界面探测技术及电声脉冲法空间电荷测量技术，突破传统针对一维空间电荷分布开展测量的局限性，实现了对锥形双层介质界面中的空间电荷分布的二维测量，测量精度高，结构简单，操作方便；并且通过数字示波器和计算机的处理，使得测量结果更加直观具体。

Description

锥形双层介质界面电荷测量装置及方法

技术领域

本发明涉及锥形双层介质界面电荷测量技术领域，尤其是涉及一种锥形双层介质界面电荷测量装置及方法。

背景技术

海底输电不受城市活动、台风、污秽、环境和气候的影响，更加安全可靠。在海底电缆开发与研究领域，国外一直处于领先地位，而过往十年里中国也在不断追赶创新。2019年6月，宁波至舟山500kV联网输变电工程作为世界上首个500kV XLPE海缆回路敷设工程全部竣工投产。整个工程首次采用世界上最先进的XLPE海缆，代表了我国海洋输电最高技术水平，突破了我国不能生产500kV XLPE海缆的瓶颈，实现了生产、运输、施工和建造的完全国产化。

电缆软接头技术是海底电缆技术发展的卡脖子问题。海底电缆本体与电缆软接头界面处是否存在缺陷、气泡、空隙或者杂质，以及电缆软接头绝缘和电缆本体绝缘之间的材料特性匹配效果，对于电缆系统的整体安全十分重要。因此，电缆软接头部位的锥形双层介质结构和工艺参数是关键难点。

尽可能减少海底电缆软接头的数量，增加单根电缆的长度，可以有效提高海底电缆的绝缘可靠性。受限于制造设备和运输手段，当单根电缆长度无法满足工程需求时，可以使用电缆软接头连接电缆以达到所需要的长度。电缆软接头由于设计和制造的工艺，在接头处会形成锥形双层绝缘介质结构，中间存在过渡界面区域，这是海底电缆绝缘的薄弱环节。在电缆软接头的锥形双层介质界面过渡区域，由于绝缘材料的工艺参数、材料特性存在一定程度的不连续性，面临着局部放电、沿面放电和击穿等潜在威胁。电缆软接头除了承受电场的作用，还要承受机械应力的作用，长期服役过程中容易形成新的缺陷和绝缘故障隐患。

直流电压下空间电荷积聚效应是电缆制造和运维最突出的问题之一。在海底电缆软接头的界面处，长期持续的大量电荷积聚会导致界面电场严重畸变，引发局部放电、诱发沿面闪络、加速材料老化，甚至导致提前击穿。电声脉冲法空间电荷测量技术是目前应用最广泛的空间电荷测量技术之一。对于电缆空间电荷特性的测量，绝大多数针对电缆本体绝缘展开，尚未有直接针对电缆软接头界面空间电荷的测量。在电缆软接头处，锥形双层绝缘介质界面沿电缆轴向和径向呈现二维分布。而电缆本体绝缘的空间电荷测量通常简化认为电荷只在电缆本体绝缘径向上发生变化，而在轴向上均匀分布，难以实现对电缆径向和轴向的二维电荷分布测量。综上，海底电缆软接头处锥形双层介质界面材料特性的不均匀与空间电荷行为密切相关，获得锥形双层介质界面电荷分布特性非常关键，有助于揭示界面处绝缘问题的根本原因，并对电缆软接头的工艺和参数进行改进。

现有技术中的空间电荷测量方法主要有以下几种：

第一种方法是电缆型空间电荷测量技术方法，该方法主要沿用了早期电声脉冲法平板型绝缘材料空间电荷测量方法，采用线接触方式、以完成不同线径和不同厚度的高压直流塑料电缆绝缘层中空间电荷分布的测量。该方法的缺点是：电缆型空间电荷测量系统工作时，一次只能对电缆本体绝缘的某一固定位置进行测量，检测效率慢，且只能测量一维空间电荷分布。

第二种方法是多个电压传感器空间电荷二维成像方法，该方法基于电声脉冲法的高压直流电缆空间电荷二维成像方法，利用多个压电传感器进行测量，根据空间坐标、传感器坐标、压力波衰减特性、直流振动产生压力波的方向系数和脉冲电场的分布计算出空间点坐标与传感器的传递函数，根据测量信号和传递函数计算出空间电荷的二维分布。该方法的缺点是：所需的测量成本较高，计算复杂，且容易受外界信号干扰，对空间电荷信号测量影响较大。

第三种方法是一般电缆空间电荷测量方法，该方法依据电声脉冲法空间电荷测量技术的原理，优化电路结构布局，尽可能减小杂散电容和杂散电感，同时对压力波测量信号进行纠正，将电缆同轴结构引起的电荷波形畸变降到最低。该方法的缺点是：压电传感器薄膜面积是重要的参数，面积太大则成本升高且不利于提高电缆轴向分辨率，面积太小则测量数据的信噪比差；压电传感器可视为离散的测量点，无法进行连续测量；测量过程中没有明确的界面位置定位方法，测量结果中也没有明确界面位置的电荷信息；由于实际的电缆软接头中双层介质界面是锥形且倾斜，而该方法将每一个压电传感器上的压力波信号视为电缆径向的厚度方向，难以测量锥形双层介质结构；因此该方法无法对电缆软接头复杂界面电荷进行精确测量，特别对锥形双层介质界面电荷难以做到定量化，无法精确定位到锥形界面。

第四种方法是同轴电缆一维空间电荷测量技术方法，该方法利用电声脉冲法空间电荷测量技术测量同轴电缆绝缘层内径向厚度方向的一维空间电荷，其中脉冲电压使电缆绝缘层内的空间电荷产生振动形成压力波，压力波传播过程被压电传感器捕获，从而计算得到一维空间电荷的分布信息。该方法的缺点是：目前针对同轴型电缆进行空间电荷测量过程中，现有技术只能实现对某一固定位置处一维径向的空间电荷测量，无法考虑轴向上电荷的不均匀分布，测量效率较低，难以实现轴向和径向二维空间电荷密度分布的测量。

第五种方法是压电传感器阵列型空间电荷测量技术方法，该方法用于检测高压电缆接头中的空间电荷，包括电缆组件、外电极和压电传感器组；压电传感器组至少由三个矩形压电传感器组成，通过同轴数据线与示波器相连，压电传感器线性等间距排列。该方法的缺点是：利用压电传感器组成阵列进行多位置测量，需要众多压电传感器和信号放大器等器件，成本高，装置结构复杂无法做到便携、轻巧和小型化；其中每一个压电传感器测量区域有限，可视为离散测量点，而且由于压电传感器面积大小的限制，无法调整结构设计进一步提高轴向分辨率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种锥形双层介质界面电荷测量装置，可以实现对锥形双层介质界面中的空间电荷分布的二维测量，测量精度高，结构简单，操作方便。

根据本发明第一方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量装置，包括：

高压直流电源装置，所述高压直流电源装置用于对锥形双层介质试样的锥形双层介质界面施加电压，以使所述锥形双层介质界面积聚空间电荷；

高压脉冲电源装置，所述高压脉冲电源装置用于向所述锥形双层介质界面施加脉冲电场，以使所述锥形双层介质界面中的空间电荷受到脉冲电场力的作用而产生压力波；

界面探测滑块，所述界面探测滑块用于沿着所述锥形双层介质试样的轴向方向移动对所述锥形双层介质试样进行扫描，以获得所述锥形双层介质界面的空间定位；

压电传感器滑块，所述压电传感器滑块用于当所述空间定位完成后对所述锥形双层介质界面的不同位置进行测量，以使所述压力波到达所述压电传感器滑块转换为电压信号，并以模拟电压信号输出；

数字示波器，所述数字示波器与所述压电传感器滑块相连，用于采集所述压电传感器滑块输出的所述模拟电压信号，将所述模拟电压信号原貌完整地转变成数字信号；

计算机，所述计算机用于存储并处理所述空间定位的信息以及用于存储并处理所述数字示波器传输来的所述数字信号，最终得到所述锥形双层介质界面中的空间电荷在轴向及径向的二维分布信息。

根据本发明第一方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量装置，该装置结合了界面探测技术及电声脉冲法空间电荷测量技术，突破传统针对一维空间电荷分布开展测量的局限性，实现了对锥形双层介质界面中的空间电荷分布的二维测量，测量精度高，结构简单，操作方便；并且通过数字示波器和计算机的处理，使得测量结果更加直观具体。

根据本发明第一方面的一个实施例，所述压电传感器滑块包括下电极、压电传感器薄膜和信号放大器；其中，所述下电极由下电极上部分和下电极下部分组成，所述下电极上部分的上表面用于承载所述锥形双层介质试样且与所述锥形双层介质试样的表面接触，所述下电极下部分的上表面与所述下电极上部分的下表面接触，且所述下电极下部分可沿所述锥形双层介质试样的轴向方向相对于所述下电极上部分移动；所述压电传感器薄膜设置在所述下电极下部分的下表面上；所述信号放大器的输入端与所述压电传感器薄膜相连，所述信号放大器的输出端与所述数字示波器相连。

根据本发明第一方面的进一步实施例，所述下电极上部分的下表面以及所述下电极下部分的上表面均采用精抛工艺处理；所述下电极上部分的下表面的粗糙度以及所述下电极下部分的上表面的粗糙度不大于1微米。

根据本发明第一方面的进一步实施例，所述压电传感器滑块还包括屏蔽盒，所述压电传感器薄膜和所述信号放大器位于所述屏蔽盒中，所述屏蔽盒固定在所述下电极下部分的下表面上。

根据本发明第一方面的进一步实施例，还包括第一步进滑组导轨组件，所述第一步进滑组导轨组件包括第一步进滑组导轨支撑杆、第一步进滑组导轨和第一步进滑组导轨连接杆；所述第一步进滑组导轨支撑杆有两个，两个所述第一步进滑组导轨支撑杆分别对应地位于所述锥形双层介质试样的轴向两端下方且位于所述压电传感器滑块的下方，所述第一步进滑组导轨沿所述锥形双层介质试样的轴向方向布置且位于所述压电传感器滑块的下方，所述第一步进滑组导轨的两端分别对应地支撑在两个所述第一步进滑组导轨支撑杆上，所述第一步进滑组导轨连接杆的一端与所述下电极下部分相连，所述第一步进滑组导轨连接杆的另一端与所述第一步进滑组导轨相连。

根据本发明第一方面的再进一步实施例，还包括支撑脚，所述支撑脚的上端与所述下电极上部分相连以支撑所述下电极上部分；所述第一步进滑组导轨支撑杆与所述支撑脚固定或者与所述下电极上部分固定。

根据本发明第一方面的进一步实施例，包括紧固组件，所述紧固组件至少有三个，其中两个所述紧固组件分别对应地设置在所述锥形双层介质试样的轴向两端且位置固定不动，其余所述紧固组件位于其中两个所述紧固组件之间且位置可沿所述锥形双层介质试样的轴向方向移动，至少三个所述紧固组件用于将所述锥形双层介质试样固定在所述下电极上部分的上表面上，并使得所述锥形双层介质试样的表面与所述下电极上部分的上表面接触贴合。

根据本发明第一方面的再进一步实施例，每一所述紧固组件均包括两个紧固支撑件、四个紧固模块和紧固杆；两个所述紧固支撑件分别设置在所述锥形双层介质试样的左侧和右侧；四个所述紧固模块位于两个所述紧固支撑件的内侧且分别用于从所述锥形双层介质试样的左下侧、右下侧、左上侧和右上侧四个方位卡住所述锥形双层介质试样；所述紧固杆用于由上向下推挤所述紧固模块并固定在两个所述紧固支撑件之间，从而将所述锥形双层介质试样固定在所述下电极上部分的上表面上，并使得所述锥形双层介质试样的表面与所述下电极上部分的上表面接触贴合。

根据本发明第一方面的一些实施例，还包括第二步进滑组导轨组件，所述第二步进滑组导轨组件包括第二步进滑组导轨支撑杆、第二步进滑组导轨和第二步进滑组导轨连接杆；所述第二步进滑组导轨支撑杆有两个，两个所述第二步进滑组导轨支撑杆分别对应地位于所述锥形双层介质试样的轴向两端且位于所述压电传感器滑块的上方，所述第二步进滑组导轨沿所述锥形双层介质试样的轴向方向布置且位于所述压电传感器滑块的上方，所述第二步进滑组导轨的两端分别对应地支撑在两个所述第二步进滑组导轨支撑杆上，所述第二步进滑组导轨连接杆的一端与所述界面探测滑块相连，所述第二步进滑组导轨连接杆的另一端与所述第二步进滑组导轨相连。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述第二步进滑组导轨支撑杆与位于所述锥形双层介质试样的轴向两端处的所述紧固支撑件固定或者与所述下电极上部分固定。

根据本发明第一方面的进一步实施例，所述锥形双层介质界面电荷测量装置基于如下公式设计：

将所述锥形双层介质界面的轴向纵截面进行直线拟合，得到所述锥形双层介质界面的定位函数：

y＝I_kx+I_b

其中，x和y为界面上任一点的横、纵位置坐标；

记所述下电极表面感应电荷所产生的压力波到达所述压电传感器薄膜的时间为t₁，所述锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波到达所述压电传感器薄膜的时间为t₂；

记所述锥形双层介质试样的外径为b，所述锥形双层介质试样的金属导芯半径为a，所述锥形双层介质试样的绝缘介质层厚度为c；

记所述压电传感器薄膜在轴向方向上的长度为l，每次所述压电传感器薄膜沿所述锥形双层介质试样的轴向步进前进的距离为Δx，所述锥形双层介质界面在所述压电传感器薄膜所在平面的投影总长度为L，步进次数为n；

则在第n次步进处，在所述压电传感器薄膜正对面积范围内，所述锥形双层介质界面的半径范围为：

r₁＝b-I_b-(n-1)lI_k至r₂＝b-I_b-nlI_k

记压力波在绝缘介质中的传播速度为u_sa，则所述锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波到达所述压电传感器薄膜的时间与所述下电极的感应电荷所产生的压力波到达所述压电传感器薄膜的时间差为：

至

这两个时间差的意义为：在所述数字示波器接受到的y-t波形中，距离所述下电极的感应电荷峰时间差在Δt₁到Δt₂范围内的电信号波形包含了所述锥形双层介质界面中的空间电荷的信息，而其他区域的波形则基本只包含非界面区域的介质空间电荷的波形；

考虑界面范围内一个小薄片单元ΔrΔl的空间电荷，其受电场E(r)作用而产生的力为：

其中，Δt为脉冲电压的宽度，E(r)为脉冲电场，即高压脉冲电压在绝缘介质内部所产生的脉冲电场，由于同轴结构，脉冲电场强度从内向外逐渐降低，与半径成反比；

压力波将以u_sa的速度向相反方向传播；传输到所述压电传感器薄膜处的压力波分量由下式给出：由于在同轴结构中，压力波将延径向不断向外传播，随着传播面的扩大，压力波幅值将不断衰减，

其中，K为空间电荷所产生的压力波穿过下电极时的折射系数，τ为压力波从产生位置(即电荷所在位置)传播到下电极表面所用的时间，τ＝(b-r)/u_sa，τ_b为压力波从下电极上表面传输到下表面所需的时间；

则所述压电传感器薄膜所能接收到的，其正对面积上所有所述锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波为：

其中，g为所述压电传感器薄膜宽度，τ＝(b-r)/u_sa，则r＝b-u_saτ，ρ(r,l)＝ρ(b-u_saτ,l)＝h(τ,l)，则所述锥形双层介质内投影于所述压电传感器薄膜上的所有所述锥形双层介质界面中的空间电荷h(τ,l)所产生并入射到所述压电传感器薄膜的压力波积分为：

其中，H(τ)＝∫h(τ,l)d，即对某一半径上的电荷分布进行线积分；

所述压电传感器薄膜接收到压力波信号后由于压电效应其表面将产生电荷q(t)，

q(t)＝d_εp(t)

这里，d_ε时压电应力常数；所述压电传感器薄膜两面之间的电势差(即所述压电传感器薄膜输出的电压信号)为，

可以看到，所述压电传感器薄膜输出的电荷信号电压峰与所述压电传感器薄膜厚度无关，但和所述压电传感器薄膜长度有关；而对于非界面区域的介质空间电荷，由于电荷分布与l有关，故H(τ)＝h(τ,l)l，

因此对于所述锥形双层介质界面中的空间电荷的测量而言，需要控制所述压电传感器薄膜的面积，以提高所述锥形双层介质界面中的空间电荷的测量分辨率。

根据本发明第二方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量方法，能够利用本发明第一方面实施例中任意一项所述的锥形双层介质界面电荷测量装置来测量，包括如下步骤：

通过所述高压直流电源装置对锥形双层介质试样的锥形双层介质界面施加电压，以使所述锥形双层介质界面积聚空间电荷；

通过高压脉冲电源装置向所述锥形双层介质试样的所述锥形双层介质界面施加脉冲电场，以使所述锥形双层介质界面中的空间电荷受到脉冲电场力的作用而产生压力波；

利用所述界面探测滑块沿着所述锥形双层介质试样的轴向方向移动对所述锥形双层介质试样进行扫描，以获得所述锥形双层介质界面的空间定位；

当所述空间定位完成后，利用所述压电传感器滑块对所述锥形双层介质界面的不同位置进行测量，以使所述压力波到达所述压电传感器滑块转换为电压信号，并以模拟电压信号输出；

利用所述数字示波器采集所述压电传感器滑块输出的所述模拟电压信号，将所述模拟电压信号原貌完整地转变成数字信号；

利用所述计算机存储并处理所述空间定位的信息，利用所述计算机存储并处理所述数字示波器传输来的所述数字信号，得到所述锥形双层介质界面中的空间电荷在轴向及径向的二维分布信息。

根据本发明第二方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量方法，该方法结合了界面探测技术及电声脉冲法空间电荷测量技术，突破传统针对一维空间电荷分布开展测量的局限性，实现了对锥形双层介质界面中的空间电荷分布的二维测量，测量精度高；并且通过数字示波器和计算机的处理，使得测量结果更加直观具体，测量步骤简洁，适用性好。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量装置的正面结构示意图。

图2为本发明第一方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量装置的侧面结构示意图。

附图标记：

锥形双层介质界面电荷测量装置 1000

高压直流电源装置 1

高压脉冲电源装置 2

界面探测滑块 3

压电传感器滑块 4

下电极 41 下电极上部分 411 下电极下部分 412

压电传感器薄膜 42 信号放大器 43 屏蔽盒 44

数字示波器 5

计算机 6

第一步进滑组导轨组件 7

第一步进滑组导轨支撑杆 71 第一步进滑组导轨 72

第一步进滑组导轨连接杆 73

支撑脚 8

紧固组件 9

紧固支撑件 91 紧固模块 92 紧固杆 93

第二步进滑组导轨组件 10

第二步进滑组导轨支撑杆 101 第二步进滑组导轨 102

第二步进滑组导轨连接杆 103

锥形双层介质试样(电缆软接头试样) 20

电缆本体金属导芯 201 电缆内部屏蔽层 202 电缆主绝缘层 203

电缆外部屏蔽层 204 电缆软接头绝缘层 205 电缆软接头外部屏蔽层 206

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图2来描述本发明第一方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量装置1000。

如图1至图2所示，根据本发明第一方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量装置1000，包括高压直流电源装置1、高压脉冲电源装置2、界面探测滑块3、压电传感器滑块4、数字示波器5、计算机6。高压直流电源装置1用于对锥形双层介质试样20的锥形双层介质界面施加电压，以使锥形双层介质界面积聚空间电荷；高压脉冲电源装置2用于向锥形双层介质界面施加脉冲电场，以使锥形双层介质界面中的空间电荷受到脉冲电场力的作用而产生压力波；界面探测滑块3用于沿着锥形双层介质试样20的轴向方向移动对锥形双层介质试样20进行扫描，以获得锥形双层介质界面的空间定位；压电传感器滑块4用于当空间定位完成后对锥形双层介质界面的不同位置进行测量，以使压力波到达压电传感器滑块4转换为电压信号，并以模拟电压信号输出；数字示波器5与压电传感器滑块4相连，用于采集压电传感器滑块4输出的模拟电压信号，将模拟电压信号原貌完整地转变成数字信号；计算机6用于存储并处理空间定位的信息以及用于存储并处理数字示波器5传输来的数字信号，最终得到锥形双层介质界面中的空间电荷在轴向及径向的二维分布信息。

需要说明的是，锥形双层介质试样20可以为但不限于如图1和图2中所示的电缆软接头试样，电缆软接头试样20包括电缆本体金属导芯201、电缆内部屏蔽层202、电缆主绝缘层203、电缆外部屏蔽层204、电缆软接头绝缘层205、电缆软接头外部屏蔽层206。

高压直流电源装置1可以提供高压直流电源，高压直流电源通过电缆软接头试样20的电缆本体金属导芯201向电缆软接头试样20的锥形双层介质界面施加电压，从而使得电缆软接头试样20的锥形双层介质界面中形成并积聚空间电荷。

高压脉冲电源装置2可以提供高压脉冲电源，高压脉冲电源通过电缆软接头试样20的电缆本体金属导芯201向电缆软接头试样20的锥形双层介质界面施加脉冲电场，使得电缆软接头试样20的锥形双层介质界面中的空间电荷受到脉冲电场力的作用而产生压力波。

界面探测滑块3的主要作用是搭载界面无损探测单元对电缆软接头试样20进行扫描定位，该无损探测单元可以是雷达波无损探测传感单元，基于雷达波无损探测传感对电缆软接头试样20内部发射特定频段的波进行断层扫描探测，通过接收反射波及入射波，进行数据处理。基于探测波在电缆软接头试样20的锥形双层介质界面反射特征，通过移动界面探测滑块3对电缆软接头试样20进行扫描，获得电缆软接头试样20的内部锥形双层介质界面的空间定位。此外，无损探测单元也可以为射线检验探测单元、超声检测探测单元、声发射检测探测单元、超声波衍射时差法探测单元。

压电传感器滑块4的主要作用是搭载测量压电传感器单元，当界面探测滑块3完成空间定位后，压电传感器滑块4可以沿电缆软接头试样20的轴向方向移动，对锥形双层介质界面的不同位置进行测量，以使压力波到达压电传感器滑块4转换为电压信号，并以模拟电压信号输出。

数字示波器5与压电传感器滑块4相连，用于采集压电传感器滑块4输出的模拟电压信号，将模拟电压信号原貌完整地转变成数字信号。这是由于，一方面压电传感器滑块4输出的电压信号是模拟信号，而计算机6只能获得数字信号，因此，数字示波器5的一个功能就是将模拟电压信号转变成数字信号；另一方面，由于压电传感器滑块4测量的信号频率非常高，时间非常短，都在纳秒级或者微秒级，因此，要求数字示波器5需要具备比较宽的带宽和较高的采样率，才能比较完整原貌地实现模拟电压信号的转化。

计算机6存储并处理空间定位的信息以及存储并处理数字示波器5传输来的数字信号，最终可以得到锥形双层介质界面中的空间电荷在轴向及径向的二维分布信息。

根据本发明第一方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量装置1000，结合了界面探测技术及电声脉冲法空间电荷测量技术，突破传统针对一维空间电荷分布开展测量的局限性，实现了对锥形双层介质界面中的空间电荷分布的二维测量，测量精度高，结构简单，操作方便；并且通过数字示波器5和计算机6的处理，使得测量结果更加直观具体。具体地，该锥形双层介质界面电荷测量装置1000可以用于解决海底电缆软接头锥形双层介质界面中的空间电荷分布难以测量的问题，为判断海底电缆软接头处锥形双层介质界面绝缘及海底电缆软接头的绝缘设计提供了电荷分布数据的支持。

根据本发明第一方面的一个实施例，压电传感器滑块4包括下电极41、压电传感器薄膜42和信号放大器43；其中，下电极41由下电极上部分411和下电极下部分412组成，下电极上部分411的上表面用于承载锥形双层介质试样20且与锥形双层介质试样20的表面接触，下电极下部分412的上表面与下电极上部分411的下表面接触，且下电极下部分412可沿锥形双层介质试样20的轴向方向相对于下电极上部分411移动；压电传感器薄膜42设置在下电极下部分412的下表面上；信号放大器43的输入端与压电传感器薄膜42相连，信号放大器43的输出端与数字示波器5相连。可以理解的是，下电极上部分411一方面对锥形双层介质试样20起到承载作用，另一方面可以产生感应电荷；由于下电极下部分412可沿锥形双层介质试样20的轴向方向相对于下电极上部分411移动，因此，设置在下电极下部分412的下表面上的压电传感器薄膜42可以沿锥形双层介质试样20的轴向对锥形双层介质界面上每一位置的压力波进行测量，并转换为模拟电压信号输出给信号放大器43；信号放大器43将压电传感器薄膜42输入的模拟电压信号进行放大和滤波，再输出给数字示波器5。具体地，可以通过改变下电极下部分412搭载的压电传感器薄膜42的面积，提高锥形双层介质界面中的空间电荷分辨率，包括沿锥形双层介质试样20轴向和径向的空间电荷分辨率，最终实现对锥形双层介质界面中的空间电荷的位置和数值的测量，以及定性及半定量的分析。

根据本发明第一方面的进一步实施例，下电极上部分411的下表面以及下电极下部分412的上表面均采用精抛工艺处理；下电极上部分411的下表面的粗糙度以及下电极下部分412的上表面的粗糙度不大于1微米。这样，减小了下电极上部分411的下表面与下电极下部分412的上表面之间的摩擦系数，使得下电极下部分412沿锥形双层介质试样20的轴向方向相对于下电极上部分411的移动能够更加顺畅且耦合性好，降低了压力波信号在下电极上部分411和下电极下部分412之间界面的反射比例，提高了测量的准确性。

根据本发明第一方面的进一步实施例，压电传感器滑块4还包括屏蔽盒44，压电传感器薄膜42和信号放大器43位于屏蔽盒44中，屏蔽盒44固定在下电极下部分412的下表面上。可以理解的是，屏蔽盒44可以有效保护压电传感器薄膜42和信号放大器43免遭来自外界环境的电磁噪声干扰，提高了对压力波的测量精度。

根据本发明第一方面的进一步实施例，还包括第一步进滑组导轨组件7，第一步进滑组导轨组件7包括第一步进滑组导轨支撑杆71、第一步进滑组导轨72和第一步进滑组导轨连接杆73；第一步进滑组导轨支撑杆71有两个，两个第一步进滑组导轨支撑杆71分别对应地位于锥形双层介质试样20的轴向两端下方且位于压电传感器滑块4的下方，第一步进滑组导轨72沿锥形双层介质试样20的轴向方向布置且位于压电传感器滑块4的下方，第一步进滑组导轨72的两端分别对应地支撑在两个第一步进滑组导轨支撑杆71上，第一步进滑组导轨连接杆73的一端与下电极下部分412相连，第一步进滑组导轨连接杆73的另一端与第一步进滑组导轨72相连。可以理解的是，该第一步进滑组导轨组件72驱动压电传感器滑块4除下电极上部分411外其余各部件构成的组件沿锥形双层介质试样20轴向步进，并控制该组件的步进距离和速度，使得该组件可以探测锥形双层介质试样20轴向上的每一个位置且步进更加平稳，从而提高了压电传感器薄膜42的测量精度。

根据本发明第一方面的再进一步实施例，还包括支撑脚8，支撑脚8的上端与下电极上部分411相连以支撑下电极上部分411；第一步进滑组导轨支撑杆71与支撑脚8固定或者与下电极上部分411固定。可以理解的是，支撑脚8起支撑作用，使得锥形双层介质界面电荷测量装置1000的结构稳固，第一步进滑组导轨支撑杆71与支撑脚8固定或者与下电极上部分411固定，则使得第一步进滑组导轨组件7结构更稳定，从而有利于提高压电传感器薄膜42的测量精度。

根据本发明第一方面的进一步实施例，包括紧固组件9，紧固组件9至少有三个，其中两个紧固组件9分别对应地设置在锥形双层介质试样20的轴向两端且位置固定不动，其余紧固组件9位于其中两个紧固组件9之间且位置可沿锥形双层介质试样20的轴向方向移动，至少三个紧固组件9用于将锥形双层介质试样20固定在下电极上部分411的上表面上，并使得锥形双层介质试样20的表面与下电极上部分411的上表面接触贴合。可以理解的是，至少三个紧固组件9才能有效地对锥形双层介质试样20的两端和中间进行紧固；而当锥形双层介质试样20的表面与下电极上部分411的上表面接触贴合时，则避免了由于锥形双层介质试样20的表面与下电极上部分411的上表面之间存在间隙，而导致压电传感器薄膜42测量到的锥形双层介质界面中的空间电荷发出的压力波信号产生误差。

根据本发明第一方面的再进一步实施例，每一紧固组件9均包括两个紧固支撑件91、四个紧固模块92和紧固杆93；两个紧固支撑件91分别设置在锥形双层介质试样20的左侧和右侧；四个紧固模块92位于两个紧固支撑件91的内侧且分别用于从锥形双层介质试样20的左下侧、右下侧、左上侧和右上侧四个方位卡住锥形双层介质试样20；紧固杆93用于由上向下推挤紧固模块92并固定在两个紧固支撑件91之间，从而将锥形双层介质试样20固定在下电极上部分411的上表面上，并使得锥形双层介质试样20的表面与下电极上部分411的上表面接触贴合。可以理解的是，这种结构的紧固组件，可以使锥形双层介质试样20的表面与下电极上部分411的上表面充分接触贴合，并且避免了锥形双层介质试样20在测量过程中发生倾斜与偏移，紧固效果好，结构简单，便于操作。

根据本发明第一方面的一些实施例，还包括第二步进滑组导轨组件10，第二步进滑组导轨组件10包括第二步进滑组导轨支撑杆101、第二步进滑组导轨102和第二步进滑组导轨连接杆103；第二步进滑组导轨支撑杆101有两个，两个第二步进滑组导轨支撑杆101分别对应地位于锥形双层介质试样20的轴向两端且位于压电传感器滑块4的上方，第二步进滑组导轨102沿锥形双层介质试样20的轴向方向布置且位于压电传感器滑块4的上方，第二步进滑组导轨102的两端分别对应地支撑在两个第二步进滑组导轨支撑杆101上，第二步进滑组导轨连接杆103的一端与界面探测滑块3相连，第二步进滑组导轨连接杆103的另一端与第二步进滑组导轨102相连。可以理解的是，该第二步进滑组导轨组件10驱动界面探测滑块3沿锥形双层介质试样20轴向步进，并控制界面探测滑块3的步进速度和距离，使得界面探测滑块3可以探测锥形双层介质试样20轴向上的每一个位置且步进更加平稳，从而提高了界面探测滑块3的探测精度，有利于获得更准确的锥形双层介质界面的空间定位。

根据本发明第一方面的一些实施例，第二步进滑组导轨支撑杆101与位于锥形双层介质试样20的轴向两端处的紧固支撑件91固定或者与下电极上部分411固定。可以理解的是，这使得第二步进滑组导轨组件10的结构更稳定，从而有利于提高界面探测滑块3的探测精度。

根据本发明第一方面的进一步实施例，锥形双层介质界面电荷测量装置1000基于如下公式设计：

将锥形双层介质界面的轴向纵截面进行直线拟合，得到锥形双层介质界面的定位函数：

y＝I_kx+I_b

其中，x和y为界面上任一点的横、纵位置坐标；

记下电极41表面感应电荷所产生的压力波到达压电传感器薄膜42的时间为t₁，锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波到达压电传感器薄膜42的时间为t₂；

记锥形双层介质试样20的外径为b，锥形双层介质试样20的金属导芯半径为a，锥形双层介质试样20的绝缘介质层厚度为c；

记压电传感器薄膜42在轴向方向上的长度为l，每次压电传感器薄膜42沿锥形双层介质试样20的轴向步进前进的距离为Δx，锥形双层介质界面在压电传感器薄膜42所在平面的投影总长度为L，步进次数为n；

则在第n次步进处，在压电传感器薄膜42正对面积范围内，锥形双层介质界面的半径范围为：

r₁＝b-I_b-(n-1)lI_k至r₂＝b-I_b-nlI_k

记压力波在绝缘介质中的传播速度为u_sa，则锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波到达压电传感器薄膜42的时间与下电极41的感应电荷所产生的压力波到达压电传感器薄膜42的时间差为：

至

这两个时间差的意义为：在数字示波器5接受到的y-t波形中，距离下电极41的感应电荷峰时间差在Δt₁到Δt₂范围内的电信号波形包含了锥形双层介质界面中的空间电荷的信息，而其他区域的波形则基本只包含非界面区域的介质空间电荷的波形；

考虑界面范围内一个小薄片单元ΔrΔl的空间电荷，其受电场E(r)作用而产生的力为：

其中，Δt为脉冲电压的宽度，E(r)为脉冲电场，即高压脉冲电压在绝缘介质内部所产生的脉冲电场，由于同轴结构，脉冲电场强度从内向外逐渐降低，与半径成反比；

压力波将以u_sa的速度向相反方向传播；传输到压电传感器薄膜42处的压力波分量由下式给出：由于在同轴结构中，压力波将延径向不断向外传播，随着传播面的扩大，压力波幅值将不断衰减，

其中，K为空间电荷所产生的压力波穿过下电极41时的折射系数，τ为压力波从产生位置(即电荷所在位置)传播到下电极41表面所用的时间，τ＝(b-r)/u_sa，τ_b为压力波从下电极41上表面传输到下表面所需的时间；

则压电传感器薄膜42所能接收到的，其正对面积上所有锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波为：

其中，g为压电传感器薄膜42宽度；τ＝(b-r)/u_sa，则r＝b-u_saτ，ρ(r,l)＝ρ(b-u_saτ,l)＝h(τ,l)，则锥形双层介质内投影于压电传感器薄膜42上的所有锥形双层介质界面中的空间电荷h(τ,l)所产生并入射到压电传感器薄膜42的压力波积分为：

其中，H(τ)＝∫h(τ,l)dl，即对某一半径上的电荷分布进行线积分；

压电传感器薄膜42接收到压力波信号后由于压电效应其表面将产生电荷q(t)，

q(t)＝d_εp(t)

这里，d_ε时压电应力常数；压电传感器薄膜42两面之间的电势差(即压电传感器薄膜42输出的电压信号)为，

可以看到，压电传感器薄膜42输出的电荷信号电压峰与压电传感器薄膜42厚度无关，但和压电传感器薄膜42长度有关；而对于非界面区域的介质空间电荷，由于电荷分布与l有关，故H(τ)＝h(τ,l)l，

因此对于锥形双层介质界面中的空间电荷的测量而言，需要控制压电传感器薄膜42的面积，以提高锥形双层介质界面的空间电荷的测量分辨率。

可以理解的是，至此，实现了对锥形双层介质界面中的空间电荷分布的定位和测量，由于锥形双层介质界面中的空间电荷所形成的压力波强度与锥形双层介质界面中的空间电荷的电荷量成正比，通过压电效应可以实现对压力波强度的测量，利用压力波到达时间差和锥形双层介质界面探测的结果实现锥形双层介质界面中的空间电荷的定位，而后通过压力波强度还原锥形双层介质界面中的空间电荷的分布情况；通过改变运动滑台搭载的压电传感器单元的面积，提高锥形双层介质界面中的空间电荷的测量分辨率，包括锥形双层介质界面轴向和径向的空间电荷分辨率。最终实现对锥形双层介质界面中的空间电荷的位置和数值的测量，以及定性及半定量的分析。

根据本发明第二方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量方法，能够利用本发明第一方面实施例中任意一项的锥形双层介质界面电荷测量装置1000来测量，包括如下步骤：

通过高压直流电源装置1对锥形双层介质试样20的锥形双层介质界面施加电压，以使锥形双层介质界面积聚空间电荷；

通过高压脉冲电源装置2向锥形双层介质试样20的锥形双层介质界面施加脉冲电场，以使锥形双层介质界面中的空间电荷受到脉冲电场力的作用而产生压力波；

利用界面探测滑块3沿着锥形双层介质试样20的轴向方向移动对锥形双层介质试样20进行扫描，以获得锥形双层介质界面的空间定位；

当空间定位完成后，利用压电传感器滑块4对锥形双层介质界面的不同位置进行测量，以使压力波到达压电传感器滑块4转换为电压信号，并以模拟电压信号输出；

利用数字示波器5采集压电传感器滑块4输出的模拟电压信号，将模拟电压信号原貌完整地转变成数字信号；

利用计算机6存储并处理空间定位的信息，利用计算机6存储并处理数字示波器5传输来的数字信号，得到锥形双层介质界面中的空间电荷在轴向及径向的二维分布信息。

根据本发明第二方面实施例的锥形双层介质界面电荷测量方法，该方法结合了界面探测技术及电声脉冲法空间电荷测量技术，突破传统针对一维空间电荷分布开展测量的局限性，实现了对锥形双层介质界面的空间定位和空间电荷分布的二维测量，测量精度高；并且通过数字示波器5和计算机6的处理，使得测量结果更加直观具体，测量步骤简洁，适用性好。具体地，该锥形双层介质界面电荷测量方法可以用于解决海底电缆软接头锥形双层介质界面中的空间电荷分布难以测量的问题，为判断海底电缆软接头处锥形双层介质界面绝缘及海底电缆软接头的绝缘设计提供了电荷分布数据的支持。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，包括：

高压直流电源装置，所述高压直流电源装置用于对锥形双层介质试样的锥形双层介质界面施加电压，以使所述锥形双层介质界面积聚空间电荷；

高压脉冲电源装置，所述高压脉冲电源装置用于向所述锥形双层介质界面施加脉冲电场，以使所述锥形双层介质界面中的空间电荷受到脉冲电场力的作用而产生压力波；

界面探测滑块，所述界面探测滑块用于沿着所述锥形双层介质试样的轴向方向移动对所述锥形双层介质试样进行扫描，以获得所述锥形双层介质界面的空间定位；

压电传感器滑块，所述压电传感器滑块用于当所述空间定位完成后对所述锥形双层介质界面的不同位置进行测量，以使所述压力波到达所述压电传感器滑块转换为电压信号，并以模拟电压信号输出；

数字示波器，所述数字示波器与所述压电传感器滑块相连，用于采集所述压电传感器滑块输出的所述模拟电压信号，将所述模拟电压信号原貌完整地转变成数字信号；

计算机，所述计算机用于存储并处理所述空间定位的信息以及用于存储并处理所述数字示波器传输来的所述数字信号，最终得到所述锥形双层介质界面中的空间电荷在轴向及径向的二维分布信息。

2.根据权利要求1所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，所述压电传感器滑块包括下电极、压电传感器薄膜和信号放大器；其中，所述下电极由下电极上部分和下电极下部分组成，所述下电极上部分的上表面用于承载所述锥形双层介质试样且与所述锥形双层介质试样的表面接触，所述下电极下部分的上表面与所述下电极上部分的下表面接触，且所述下电极下部分可沿所述锥形双层介质试样的轴向方向相对于所述下电极上部分移动；所述压电传感器薄膜设置在所述下电极下部分的下表面上；所述信号放大器的输入端与所述压电传感器薄膜相连，所述信号放大器的输出端与所述数字示波器相连。

3.根据权利要求2所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，所述下电极上部分的下表面以及所述下电极下部分的上表面均采用精抛工艺处理；所述下电极上部分的下表面的粗糙度以及所述下电极下部分的上表面的粗糙度不大于1微米。

4.根据权利要求2所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，所述压电传感器滑块还包括屏蔽盒，所述压电传感器薄膜和所述信号放大器位于所述屏蔽盒中，所述屏蔽盒固定在所述下电极下部分的下表面上。

5.根据权利要求2所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，还包括第一步进滑组导轨组件，所述第一步进滑组导轨组件包括第一步进滑组导轨支撑杆、第一步进滑组导轨和第一步进滑组导轨连接杆；所述第一步进滑组导轨支撑杆有两个，两个所述第一步进滑组导轨支撑杆分别对应地位于所述锥形双层介质试样的轴向两端下方且位于所述压电传感器滑块的下方，所述第一步进滑组导轨沿所述锥形双层介质试样的轴向方向布置且位于所述压电传感器滑块的下方，所述第一步进滑组导轨的两端分别对应地支撑在两个所述第一步进滑组导轨支撑杆上，所述第一步进滑组导轨连接杆的一端与所述下电极下部分相连，所述第一步进滑组导轨连接杆的另一端与所述第一步进滑组导轨相连。

6.根据权利要求5所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，还包括支撑脚，所述支撑脚的上端与所述下电极上部分相连以支撑所述下电极上部分；所述第一步进滑组导轨支撑杆与所述支撑脚固定或者与所述下电极上部分固定。

7.根据权利要求2所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，包括紧固组件，所述紧固组件至少有三个，其中两个所述紧固组件分别对应地设置在所述锥形双层介质试样的轴向两端且位置固定不动，其余所述紧固组件位于其中两个所述紧固组件之间且位置可沿所述锥形双层介质试样的轴向方向移动，至少三个所述紧固组件用于将所述锥形双层介质试样固定在所述下电极上部分的上表面上，并使得所述锥形双层介质试样的表面与所述下电极上部分的上表面接触贴合。

8.根据权利要求7所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，每一所述紧固组件均包括两个紧固支撑件、四个紧固模块和紧固杆；两个所述紧固支撑件分别设置在所述锥形双层介质试样的左侧和右侧；四个所述紧固模块位于两个所述紧固支撑件的内侧且分别用于从所述锥形双层介质试样的左下侧、右下侧、左上侧和右上侧四个方位卡住所述锥形双层介质试样；所述紧固杆用于由上向下推挤所述紧固模块并固定在两个所述紧固支撑件之间，从而将所述锥形双层介质试样固定在所述下电极上部分的上表面上，并使得所述锥形双层介质试样的表面与所述下电极上部分的上表面接触贴合。

9.根据权利要求8所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，还包括第二步进滑组导轨组件，所述第二步进滑组导轨组件包括第二步进滑组导轨支撑杆、第二步进滑组导轨和第二步进滑组导轨连接杆；所述第二步进滑组导轨支撑杆有两个，两个所述第二步进滑组导轨支撑杆分别对应地位于所述锥形双层介质试样的轴向两端且位于所述压电传感器滑块的上方，所述第二步进滑组导轨沿所述锥形双层介质试样的轴向方向布置且位于所述压电传感器滑块的上方，所述第二步进滑组导轨的两端分别对应地支撑在两个所述第二步进滑组导轨支撑杆上，所述第二步进滑组导轨连接杆的一端与所述界面探测滑块相连，所述第二步进滑组导轨连接杆的另一端与所述第二步进滑组导轨相连。

10.根据权利要求9所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，所述第二步进滑组导轨支撑杆与位于所述锥形双层介质试样的轴向两端处的所述紧固支撑件固定或者与所述下电极上部分固定。

11.根据权利要求2所述的锥形双层介质界面电荷测量装置，其特征在于，所述锥形双层介质界面电荷测量装置基于如下公式设计：

将所述锥形双层介质界面的轴向纵截面进行直线拟合，得到所述锥形双层介质界面的定位函数：

y＝I_kx+I_b

其中，x和y为界面上任一点的横、纵位置坐标；

记所述下电极表面感应电荷所产生的压力波到达所述压电传感器薄膜的时间为t₁，所述锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波到达所述压电传感器薄膜的时间为t₂；

记所述锥形双层介质试样的外径为b，所述锥形双层介质试样的金属导芯半径为a，所述锥形双层介质试样的绝缘介质层厚度为c；

记所述压电传感器薄膜在轴向方向上的长度为l，每次所述压电传感器薄膜沿所述锥形双层介质试样的轴向步进前进的距离为Δx，所述锥形双层介质界面在所述压电传感器薄膜所在平面的投影总长度为L，步进次数为n；

则在第n次步进处，在所述压电传感器薄膜正对面积范围内，所述锥形双层介质界面的半径范围为：

r₁＝b-I_b-(n-1)lI_k至r₂＝b-I_b-nlI_k

记压力波在绝缘介质中的传播速度为u_sa，则所述锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波到达所述压电传感器薄膜的时间与所述下电极的感应电荷所产生的压力波到达所述压电传感器薄膜的时间差为：

至

在所述数字示波器接受到的y-t波形中，距离所述下电极的感应电荷峰时间差在Δt₁到Δt₂范围内的电信号波形包含了所述锥形双层介质界面中的空间电荷的信息，而其他区域的波形则基本只包含非界面区域的介质空间电荷的波形；

考虑界面范围内一个小薄片单元ΔrΔl的空间电荷，其受电场E(r)作用而产生的力为：

其中，Δt为脉冲电压的宽度，E(r)为脉冲电场，即高压脉冲电压在绝缘介质内部所产生的脉冲电场，由于同轴结构，脉冲电场强度从内向外逐渐降低，与半径成反比；

压力波将以u_sa的速度向相反方向传播；传输到所述压电传感器薄膜处的压力波分量由下式给出：由于在同轴结构中，压力波将延径向不断向外传播，随着传播面的扩大，压力波幅值将不断衰减，

其中，K为空间电荷所产生的压力波穿过下电极时的折射系数，τ为压力波从产生位置(即电荷所在位置)传播到下电极表面所用的时间，τ＝(b-r)/u_sa，τ_b为压力波从下电极上表面传输到下表面所需的时间；

则所述压电传感器薄膜所能接收到的，其正对面积上所有所述锥形双层介质界面中的空间电荷所产生的压力波为：

其中，g为所述压电传感器薄膜宽度，τ＝(b-r)/u_sa，则r＝b-u_saτ，ρ(r,l)＝ρ(b-u_saτ,l)＝h(τ,l)，则所述锥形双层介质内投影于所述压电传感器薄膜上的所有所述锥形双层介质界面中的空间电荷h(τ,l)所产生并入射到所述压电传感器薄膜的压力波积分为：

其中，H(τ)＝∫h(τ,l)dl，即对某一半径上的电荷分布进行线积分；

所述压电传感器薄膜接收到压力波信号后由于压电效应其表面将产生电荷q(t)，

q(t)＝d_εp(t)

这里，d_ε时压电应力常数；所述压电传感器薄膜两面之间的电势差(即所述压电传感器薄膜输出的电压信号)为，

可以看到，所述压电传感器薄膜输出的电荷信号电压峰与所述压电传感器薄膜厚度无关，但和所述压电传感器薄膜长度有关；而对于非界面区域的介质空间电荷，由于电荷分布与l有关，故H(τ)＝h(τ,l)l，

因此对于所述锥形双层介质界面中的空间电荷的测量而言，需要控制所述压电传感器薄膜的面积，以提高所述锥形双层介质界面中的空间电荷的测量分辨率。

12.一种锥形双层介质界面电荷测量方法，其特征在于，利用权利要求1-11中任意一项所述的锥形双层介质界面电荷测量装置来测量，包括如下步骤：

通过所述高压直流电源装置对锥形双层介质试样的锥形双层介质界面施加电压，以使所述锥形双层介质界面积聚空间电荷；

通过高压脉冲电源装置向所述锥形双层介质试样的所述锥形双层介质界面施加脉冲电场，以使所述锥形双层介质界面中的空间电荷受到脉冲电场力的作用而产生压力波；

利用所述界面探测滑块沿着所述锥形双层介质试样的轴向方向移动对所述锥形双层介质试样进行扫描，以获得所述锥形双层介质界面的空间定位；

当所述空间定位完成后，利用所述压电传感器滑块对所述锥形双层介质界面的不同位置进行测量，以使所述压力波到达所述压电传感器滑块转换为电压信号，并以模拟电压信号输出；

利用所述数字示波器采集所述压电传感器滑块输出的所述模拟电压信号，将所述模拟电压信号原貌完整地转变成数字信号；

利用所述计算机存储并处理所述空间定位的信息，利用所述计算机存储并处理所述数字示波器传输来的所述数字信号，得到所述锥形双层介质界面中的空间电荷在轴向及径向的二维分布信息。

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