CN113281578B - 基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，包括三轴运动平台与测试装置；测试装置放置在亚克力玻璃材质的罩子中，三轴运动平台连接有滑台，滑台带动测试装置对测试样品表面放电以及扫描测量。本发明能准确有效的测量材料的表面电势；具有测量精度高、结构简单、抗干扰能力强、操作简单等优点。

Description

基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统
技术领域
本发明属于绝缘材料表面放电及表面电荷测量技术领域，具体涉及基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统。
背景技术
随着我国电力系统电压等级不断提高，高压直流输电作为实现高电压、远距离、大容量输电最为经济的能量传输方式，已成为我国电网发展的趋势。研究发现，当给绝缘材料施加直流电场后，材料表面极易积聚大量电荷，并且在很长时间内都无法消散，这些积聚的电荷将导致表面电场严重畸变，使绝缘材料在较低的电压下发生沿面闪络，从而大大限制了高电压直流绝缘件的应用。样品的表面电势代表了该材料束缚电子的能力，是材料的一种表面电学特性。因此，表面电势的表征技术在能源和材料科学、生物医学工程、物理化学研究及微机电、微流控系统等领域具有重要的意义，它是一项涉及到多学科交叉发展的前沿测量技术。
目前常用的表面电势测量方法主要包括：先对测试样品表面进行放电，后移动样品至测量区域进行表面电势的测量；或者在一个密闭的腔体内先对绝缘材料表面充电，后通过传动装置移动探头至样品表面处进行测量。此两者测量方法都具有操作简单，设备简易，成本低且易于操作等特点。但同时也存在许多不足之处，此二者前者的测试样品在移动时会受空气流动的影响，存在丢失电荷现象，这将会导致测量结果不精准。后者虽然弥补了前者的不足之处，但由于只对特殊形状的绝缘材料使用方便，当更换材料外形时，测试台子又需重新变更，复杂了测量过程。
因此，就需要一种操作简单、测量精度高，保证样品放电和测试都在同一平台进行的测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提供基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，能准确有效的测量材料的表面电势；具有测量精度高、结构简单、抗干扰能力强、操作简单等优点。
本发明所采用的技术方案是：基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，包括三轴运动平台与测试装置；为了隔离空气湿度以及空气中体流流动对测量过程与测量结果的影响，所有的装置包括三轴位移平台都放置在亚克力玻璃材质的罩子中，三轴运动平台连接有滑台，滑台带动测试装置对测试样品表面放电以及扫描测量。
本发明的特点还在于，
三轴运动平台包括两个平行排列的导轨以及套接在两个导轨上、能够沿两个导轨纵向运动的连接杆，连接杆上连接有能够沿连接杆横向滑动的滑块，滑台通过Z向的导轨连接在滑块上。
测试装置包括涡轮蜗杆减速机，涡轮蜗杆减速机通过设置在滑台上的滑台安装孔与滑台固定连接，涡轮蜗杆减速机上还固定连接有底座，底座上设置有套在涡轮蜗杆减速机转轴上的转盘。
底座上设置有一立方体卡槽，卡槽内固定有弹簧，弹簧上设置有一钢球，转盘侧面设置有个螺孔，其中一个螺孔用来连接针电极，其余两个螺孔可自由连接测光、测电连接杆；螺孔下方设置有一个半球形卡口，半球形卡口用于转盘旋转时卡住钢球。
针电极通过针电极连接杆安装在螺孔中，针电极连接杆上部设有螺纹，螺纹与转盘上的螺孔相适应。
涡轮蜗杆减速机的下部还设置有下部螺孔，下部螺孔与滑台安装孔相匹配、将涡轮蜗杆减速机与滑台相固定连接。
涡轮蜗杆减速机的上部还设置有螺孔，该螺孔与底座上的螺孔相对应、将涡轮蜗杆减速机与底座连接。
针电极连接杆靠近上部螺纹处还设置有一个用于夹持高压电源线的凹槽。
本发明的有益效果是，本发明通过三轴运动平台上滑台的运动带动测试装置对测试样品表面放电以及扫描测量。测试装置的组成包括以下：与滑台相连的涡轮蜗杆减速机，底座与涡轮蜗杆减速机连接，底座之上设置有套在减速机转轴上的转盘，减速机运作时，转盘可随转轴旋转。底座上有一立方体卡槽，其内部放置固定的弹簧，弹簧之上设置有一钢球。圆形转盘上共设置有3个螺孔，螺孔分别用来连接针电极，测光、测电连接杆。且在转盘上，螺孔下方都设置有一个半球形卡口，转盘旋转时用半球形卡口来卡住钢球。针电极连接杆通过其上部螺纹与转盘之上螺孔相连，连接杆内部设置针电极。转盘之上其余两个螺孔可自由更换连接杆。本发明能准确有效的测量材料的表面电势；具有测量精度高、结构简单、抗干扰能力强、操作简单等优点。
附图说明
图1是本发明所定制的三轴运动平台的结构图；
图2是本发明测试装置的立体图；
图3是本发明测试装置的侧视图；
图4是本发明测试装置底座结构图；
图5是本发明测试装置转盘结构图；
图6是本发明测试装置针电极连接杆结构图；
图7是本发明所定制涡轮蜗杆减速机结构图；
图8是本发明整体结构示意图。
图中：1.涡轮蜗杆减速机，2.底座，3.转盘，4.针电极连接杆，5.半球形卡口，6.螺孔，7.立方体卡槽，8.上部螺孔，9.下部螺孔，10.钢球，11.底座螺孔，12.滑台，13.针电极，14.上部螺纹，15.涡轮蜗杆减速机转轴，16.凹槽，17.滑台安装孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明是基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，如图1-图2所示，包括三轴运动平台与测试装置；测试装置放置在亚克力玻璃材质的罩子中，三轴运动平台连接有滑台12，滑台12带动测试装置对测试样品表面放电以及扫描测量。
三轴运动平台包括两个平行排列的导轨以及套接在两个导轨上、能够沿两个导轨纵向运动的连接杆，连接杆上连接有能够沿连接杆横向滑动的滑块，滑台12通过Z向的导轨连接在滑块上。
测试装置包括涡轮蜗杆减速机1，涡轮蜗杆减速机1通过设置在滑台12上的滑台安装孔17与滑台12固定连接，涡轮蜗杆减速机1上还固定连接有底座2，底座2上设置有套在涡轮蜗杆减速机转轴15上的转盘3。
如图3-图5所示：底座2上设置有一立方体卡槽7，卡槽7内固定有弹簧，弹簧上设置有一钢球10，转盘3侧面设置有3个螺孔6，其中一个螺孔6用来连接针电极13，其余两个螺孔6可自由连接测光、测电连接杆；螺孔6下方设置有一个半球形卡口5，半球形卡口5用于转盘旋转时卡住钢球10。
针电极13通过针电极连接杆4安装在螺孔6中，针电极连接杆4上部设有螺纹14，螺纹14与转盘上的螺孔6相适应。
涡轮蜗杆减速机1的下部还设置有下部螺孔9，下部螺孔9与滑台安装孔17相匹配、将涡轮蜗杆减速机1与滑台12相固定连接。
如图7所示，涡轮蜗杆减速机1的上部还设置有螺孔8，该螺孔8与底座2上的螺孔11相对应、将涡轮蜗杆减速机1与底座2连接。
如图6所示，针电极连接杆4靠近上部螺纹处还设置有一个用于夹持高压电源线的凹槽16。
如图1所示，本发明的测试装置安装于三轴运动平台的滑台之上，该三轴运动平台通过外部控制可带动滑块实现X、Y、Z三个方向自由运动，且位移速度可调。
如图8所示，所有的测试装置都安装在三轴运动平台的滑台之上，测试装置可跟随滑台做三轴位移。当针电极连接杆的下方放置测试样品时，高压电源给针电极供电，对测试样品进行表面放电；放电完成后，通过外部开关控制涡轮蜗杆减速机旋转，带动转盘旋转。转盘起始转动时，半球型卡口会挤压钢球，钢球下方的弹簧被压缩，从而使得转盘旋转，当转盘旋转至测光或测电连接杆螺孔时，对应连接杆下方的半球型卡口会卡住底座上的钢球；此时关闭涡轮蜗杆减速机，开始对放电样品测量。通过外部电脑程序控制滑台进行位移，此时可单点对放电样品测量，也可扫描测量。扫描路径以及位于速度都可通过外部电脑编程完成。
本发明针电极放电连接杆，光、电测量连接杆，底座以及转盘都使用绝缘材料，保证在放电过程与测量过程不会受其他设备及部件的影响。同时为了隔离空气湿度以及空气中气体流动对测量过程和测量结果的影响，所有的装置包括三轴运动平台都放置在密封的亚克力玻璃罩子中，从而提高了测量的精准度。

Claims (5)

1.基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，其特征在于，包括三轴运动平台与测试装置；所述三轴运动平台和测试装置均放置在亚克力玻璃材质的罩子中，所述三轴运动平台连接有滑台(12)，所述滑台(12)带动测试装置对测试样品表面放电以及扫描测量；
所述测试装置包括涡轮蜗杆减速机(1)，所述涡轮蜗杆减速机(1)通过设置在滑台(12)上的滑台安装孔(17)与滑台(12)固定连接，所述涡轮蜗杆减速机(1)上还固定连接有底座(2)，所述底座(2)上设置有套在涡轮蜗杆减速机转轴(15)上的转盘(3)；
所述底座(2)上设置有一立方体卡槽(7)，所述卡槽(7)内固定有弹簧，所述弹簧上设置有一钢球(10)，所述转盘(3)侧面设置有3个螺孔(6)，其中一个所述螺孔(6)用来连接针电极(13)，其余两个螺孔(6)可自由连接测光、测电连接杆；所述螺孔(6)下方设置有一个半球形卡口(5)，所述半球形卡口(5)用于转盘旋转时卡住钢球(10)；
所述针电极(13)通过针电极连接杆(4)安装在螺孔(6)中，所述针电极连接杆(4)上部设有螺纹(14)，所述螺纹(14)与转盘上的螺孔(6)相适应。
2.根据权利要求1所述的基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，其特征在于，所述三轴运动平台包括两个平行排列的导轨以及套接在两个导轨上、能够沿两个导轨纵向运动的连接杆，所述连接杆上连接有能够沿所述连接杆横向滑动的滑块，所述滑台(12)通过Z向的导轨连接在滑块上。
3.根据权利要求1所述的基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，其特征在于，所述涡轮蜗杆减速机(1)的下部还设置有下部螺孔(9)，所述下部螺孔(9)与滑台安装孔(17)相匹配、将涡轮蜗杆减速机(1)与滑台(12)固定连接。
4.根据权利要求1所述的基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，其特征在于，所述涡轮蜗杆减速机(1)的上部还设置有上部螺孔(8)，所述上部螺孔(8)与底座(2)上的螺孔(11)相对应、将涡轮蜗杆减速机(1)与底座(2)连接。
5.根据权利要求1所述的基于三轴运动平台的光电一体恒湿表面电势测量系统，其特征在于，所述针电极连接杆(4)靠近上部螺纹处还设置有一个用于夹持高压电源线的凹槽(16)。
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