CN113759218B - 陷阱分布检测方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种陷阱分布检测方法，包括：获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线；对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线；根据特征拟合曲线进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱分布密度。本申请还涉及应用上述陷阱分布检测方法的陷阱分布检测系统及存储介质。采用本发明对待测绝缘介质的陷阱分布密度的计算精度。
Description
技术领域
本申请涉及绝缘材料测试技术领域，特别是涉及一种陷阱分布检测方法、系统及存储介质。
背景技术
随着点电力技术的不断发展，绝缘材料成为了制备电力设备中不可缺少的重要材料。绝缘材料随着使用时长的增加而逐渐老化，由于老化后的绝缘材料的性能发生明显的变化，而研究绝缘材料的老化状态问题成为了绝缘材料的关键问题，而绝缘材料产生的陷阱的情况可以反映绝缘材料的老化情况。
在相关技术中，在假设将撤去电压后的空间电荷近似符合一阶指数衰减的规律、且空间电荷主要积聚在绝缘材料表面很浅(几个μm)的位置的前提下，计算获得绝缘材料的电荷衰减情况及电荷分布情况，然后根据计算获得的电荷衰减情况及电荷分布情况进行计算，获得绝缘材料的陷阱分布情况。
然而，但相关技术中，由于上述的前提条件存在，导致计算获得的电荷衰减情况及电荷分布情况与绝缘材料实际测量结果表现出的电荷衰减过程及电荷分布情况并不吻合，导致计算出的绝缘材料的陷阱分布情况与绝缘材料实际的陷阱分布情况有所偏差，使得对绝缘材料的陷阱分布情况的检测精度低。
发明内容
基于此，有必要针对上述对绝缘材料的陷阱分布情况的检测精度低的技术问题，提供一种陷阱分布检测方法、系统及存储介质。
本发明提供一种陷阱分布检测方法，所述方法包括：
获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线；其中，所述电荷衰退曲线用于表征所述待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量随时间变化的趋势；
对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线；
根据所述特征拟合曲线进行计算，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度。
在其中一个实施例中，对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线的步骤，包括：
利用预设函数对所述电荷衰减曲线进行多次的拟合处理，获取多个第一拟合衰退曲线；其中，所述预设函数包括一阶指数平滑函数、二阶指数平滑函数和三阶指数平滑函数中的至少一种；
选取多个所述第一拟合衰减曲线的拟合优度中的最大值作为第一最大拟合优度；其中，所述第一拟合衰减曲线的拟合优度与所述预设函数一一对应设置；
将与所述第一最大拟合优度对应设置的预设函数设定为最优指数平滑函数；
利用所述最优指数平滑函数对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取所述特征拟合曲线。
在其中一个实施例中，根据所述最优指数平滑函数对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取所述特征拟合曲线的步骤，包括：
利用所述最优指数平滑函数，并根据多个所述最优指数平滑函数的平滑系数分别对所述电荷衰退曲线进行多次的拟合处理，获取多个第二拟合衰退曲线；
选取多个所述第二拟合衰减曲线的拟合优度中的最大值作为第二最大拟合优度；其中，所述第二拟合衰减曲线的拟合优度与所述平滑系数一一对应设置；
将与所述第二最大拟合优度对应设置的平滑系数设定为最优系数；
利用所述最优指数平滑函数，并根据所述最优系数对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取所述特征拟合曲线。
在其中一个实施例中，获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线的步骤，包括：
获取所述待测绝缘介质的特征波形；其中，所述特征波形用于表征所述待测绝缘介质的空间电荷密度分布波形；
根据所述特征波形，获取所述待测绝缘介质的特征电荷参数；其中，所述特征电荷参数包括所述待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量；
根据所述特征电荷参数，获取所述待测绝缘介质的电荷衰退曲线。
在其中一个实施例中，获取待测绝缘介质的特征波形的步骤，包括：
通过电极在预设时间内向所述待测绝缘介质输入预设强度的电压；其中，所述待测绝缘介质在所述预设强度的电压的驱动下获得空间电荷；
根据预设的空间电荷测量规则，对所述待测绝缘介质的空间电荷进行测量计算以获取所述特征波形。
在其中一个实施例中，所述空间电荷测量规则包括电脉冲数据处理程序，所述电脉冲数据处理程序用于指示利用电声脉冲法对所述待测绝缘介质的空间电荷进行测量；
根据预设的空间电荷测量规则，对所述待测绝缘介质的空间电荷进行测量计算以获取所述特征波形的步骤，包括：
在所述电声脉冲数据处理程序的指示下，获取所述待测绝缘介质在不同厚度处的衰减传递矩阵；
对当前的特征波形和所述衰减传递矩阵的逆矩阵进行卷积计算，根据卷积计算结果对当前的特征波形进行修正；
根据所述特征波形，获取所述待测绝缘介质的特征电荷参数的步骤，包括：
根据修正后的特征波形获取所述待测绝缘介质的特征电荷参数。
在其中一个实施例中，根据所述特征拟合曲线进行计算，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度的步骤，包括：
根据所述特征拟合曲线，对所述待测绝缘介质所处的时刻进行计算，获取所述时刻对应的第一电荷参数；其中，所述第一电荷参数为所述待测绝缘介质在所处的时刻的空间电荷的总电荷量，所述时刻与所述第一电荷参数在所述特征拟合曲线上一一对应设置；
根据预设的密度计算函数，对所述待测绝缘介质所处的时刻、所述第一电荷参数及密度计算参数进行计算，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度；其中，所述密度计算参数包括电极的面积、所述待测绝缘介质内的电子的电量、所述待测绝缘介质的厚度及所述待测绝缘介质所处环境的温度，所述电极用于与所述待测绝缘介质连接，并用于向所述待测绝缘介质输入空间电荷。
在其中一个实施例中，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度的步骤之后，所述方法还包括：
将所述陷阱分布密度与第一预设阈值进行比对，根据比对结果判定所述待测绝缘介质的老化状态信息。
一种陷阱分布检测系统，所述系统包括：
电荷衰退计算模块，用于获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线；其中，所述电荷衰退曲线用于表征所述待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量随时间变化的趋势；
拟合处理模块，用于对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线；以及，
陷阱分布计算模块，用于根据所述特征拟合曲线进行计算，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度。
一种陷阱分布检测系统，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的陷阱分布检测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的陷阱分布检测方法的步骤。
上述的陷阱分布检测方法、系统及存储介质中，首先对待测绝缘介质的电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线，然后根据特征拟合曲线进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱分布密度；上述方法中，无需对待测绝缘介质的空间电荷积聚在介质表层和空间电荷符合一阶指数衰减规律进行假设，可直接根据特征拟合曲线计算获得待测绝缘介质的陷阱分布密度，而且由于特征拟合曲线是经过拟合处理的，使得特征拟合曲线所表征电荷衰减过程及电荷分布情况与待测绝缘介质的实际的电荷衰减过程及电荷分布情况更加吻合，提高了对待测绝缘介质的陷阱分布密度的计算精度，使得计算获得待测绝缘介质的陷阱分布密度更加接近待测绝缘介质的实际陷阱分布密度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1为一个实施例中陷阱分布检测方法的流程示意图；
图2为一个实施例中获取特征拟合曲线的流程示意图；
图3为一个实施例中基于最优指数平滑函数获取特征拟合曲线的流程示意图；
图4为一个实施例中获取电荷衰退曲线的流程示意图；
图5为一个实施例中获取待测绝缘介质的特征波形的流程示意图；
图6为一个实施例中基于电声脉冲法获取特征波形的流程示意图；
图7为一个实施例中获取待测绝缘介质的陷阱分布密度的流程示意图；
图8为一个实施例中获取待测绝缘介质的陷阱分布曲线的流程示意图；
图9为一个实施例中介电响应测试系统的模块结构示意图；
图10为一个实施例中电极与待测绝缘介质装配的结构示意图；
图11为一个实施例中待测绝缘介质的电荷衰减曲线的示意图。
具体实施例
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，在一些实施例中，本发明提供一种陷阱分布检测方法，该陷阱分布检测方法应用于如图9所示的介电响应测试系统，用于对绝缘材料的陷阱分布情况进行检测和分析。
上述方法包括以下步骤：
步骤102，获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线。
其中，在步骤102中，电荷衰退曲线用于表征待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量随时间变化的趋势。值得一提的是，电荷衰退曲线获取的方式是不限的，比如，在一些实施例中，通过测量待测绝缘介质的空间电荷情况，并根据测量结果进行计算以生成电荷衰退曲线；在其他实施例中，也可以直接从外部的设备中直接获取。
步骤104，对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线。
其中，在步骤104中，首先设置用于拟合处理的预设函数，预设函数的可以包括不同阶的指数平滑函数，其可以根据实际需求来进行具体的设置，利用预设函数对电荷衰退曲线进行拟合处理，根据拟合处理结果获得特征拟合曲线。
步骤106，根据特征拟合曲线进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱分布密度。
上述的陷阱分布检测方法、系统及存储介质中，首先对待测绝缘介质的电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线，然后根据特征拟合曲线进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱分布密度；上述方法中，无需对待测绝缘介质的空间电荷积聚在介质表层和空间电荷符合一阶指数衰减规律进行假设，可直接根据特征拟合曲线计算获得待测绝缘介质的陷阱分布密度，而且由于特征拟合曲线是经过拟合处理的，使得特征拟合曲线所表征电荷衰减过程及电荷分布情况与待测绝缘介质的实际的电荷衰减过程及电荷分布情况更加吻合，提高了对待测绝缘介质的陷阱分布密度的计算精度，使得计算获得待测绝缘介质的陷阱分布密度更加接近待测绝缘介质的实际陷阱分布密度。
如图2、10所示，在一些实施例中，对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线的步骤，包括：
步骤202，利用预设函数对电荷衰减曲线进行多次的拟合处理，获取多个第一拟合衰退曲线。
其中，在步骤202中，预设函数的具体设置是不限的，预设函数可以包括不同阶的指数平滑函数，比如，在一些实施例中，预设函数包括一阶指数平滑函数、二阶指数平滑函数和三阶指数平滑函数中的至少一种，对应的，第一拟合衰退曲线包括与一阶指数平滑函数的一阶拟合衰减曲线、与二阶指数平滑函数的二阶拟合衰减曲线和与三阶指数平滑函数的三阶拟合衰减曲线中的至少一种。
更具体的，在一个实施例中，预设函数包括一阶指数平滑函数、二阶指数平滑函数和三阶指数平滑函数等三种不同的函数，通过一阶指数平滑函数、二阶指数平滑函数以及三阶指数平滑函数分别将如图11所示的电荷衰减曲线拟合为平滑的曲线，对应的，分别得到一阶拟合衰减曲线、二阶拟合衰减曲线以及三阶拟合衰减曲线。
步骤204，选取多个第一拟合衰减曲线的拟合优度中的最大值作为第一最大拟合优度。
其中，第一拟合衰减曲线的拟合优度与预设函数一一对应设置；在步骤204之前，分别计算各第一拟合衰退曲线的拟合优度，在步骤204中，根据多个第一拟合衰退曲线的拟合优度，选取当中的最大值，以作为第一最大拟合优度。
具体的，在一些实施例中，第一拟合衰减曲线包括一阶拟合衰减曲线、二阶拟合衰减曲线以及三阶拟合衰减曲线，则在步骤204之前，分别计算一阶拟合衰减曲线、二阶拟合衰减曲线以及三阶拟合衰减曲线与上述的电荷衰减曲线之间的拟合优度，比如，若计算得到的一阶拟合衰减曲线的拟合优度为0.96，二阶拟合衰减曲线的拟合优度为0.98，三阶拟合衰减曲线的拟合优度为0.99，当中三阶拟合衰减曲线的拟合优度0.99为最大值，则选取该三阶拟合衰减曲线的拟合优度作为最大拟合优度。
步骤206，将与第一最大拟合优度对应设置的预设函数设定为最优指数平滑函数。
其中，在一些实施例中，若选取了该三阶拟合衰减曲线的拟合优度作为最大拟合优度，则在步骤206中，则选取三阶拟合衰减曲线的拟合优度对应的三阶指数平滑函数作为最优指数平滑函数。
步骤208，利用最优指数平滑函数对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线。
其中，在一些实施例中，若选取三阶指数平滑函数作为最优指数平滑函数，则在步骤208中，利用三阶指数平滑函数对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线。
通过上述步骤202-208的配合设置，构建了最优指数平滑函数的遴选机制，在不同阶的指数平滑函数当中，其中最优指数平滑函数对应的拟合优度是最大的，那么，相较于利用其他的指数平滑函数拟合处理获得的第一拟合曲线而言，通过最优指数平滑函数拟合处理后获得的特征拟合曲线与待测绝缘介质的实际的电荷衰减曲线最为接近，即上述遴选机制的设置，更好地保证了特征拟合曲线与待测绝缘介质的实际的电荷衰减曲线的吻合度。
如图3、10所示，在一些实施例中，根据最优指数平滑函数对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线的步骤，包括：
步骤302，利用最优指数平滑函数，并根据多个最优指数平滑函数的平滑系数分别对电荷衰退曲线进行多次的拟合处理，获取多个第二拟合衰退曲线。
其中，在步骤302中，即每次拟合处理前都对最优指数平滑函数的平滑系数进行调整，利用调整平滑系数后的最优指数平滑函数对电荷衰退曲线进行拟合处理以获得一个第二拟合衰退曲线，以此类推，在完成多次的拟合处理之后，获得了多个第二拟合衰退曲线。
具体的，在一个实施例中，若最优指数平滑函数为三阶指数平滑函数，则在每次拟合处理前先调整三阶指数平滑函数的平滑系数，而平滑系数的取值范围为(0，1)，然后，利用调整平滑系数后的三阶指数平滑函数对电荷衰退曲线进行拟合处理以获得一个第二拟合衰退曲线，从而获得多个基于三阶指数平滑函数进行拟合处理获得的第二拟合衰退曲线。
步骤304，选取多个第二拟合衰减曲线的拟合优度中的最大值作为第二最大拟合优度。
其中，在步骤304中，第二拟合衰减曲线的拟合优度与平滑系数一一对应设置；具体的，根据多个第二拟合衰退曲线的拟合优度，选取当中的最大值，以作为第二最大拟合优。
步骤306，将与第二最大拟合优度对应设置的平滑系数设定为最优系数。
步骤308，利用最优指数平滑函数，并根据最优系数对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线。
通过上述步骤302-308的配合设置，构建了最优系数的遴选机制，在最优指数平滑函数的遴选机制的基础上，还对应设置了最优系数的遴选机制，实现了最优指数平滑函数和最优指数平滑函数的最优系数的双重遴选，即通过采用多种不同阶的指数平滑函数分别对电荷衰减曲线进行拟合处理，并在多种不同阶的指数平滑函数中选择拟合优度最大的指数平滑函数作为最优指数平滑函数，然后对最优指数平滑函数进行调参(即调整平滑系数)，而后找出最优指数平滑函数的最优的平滑系数(即最优系数)，最终，使用配置了最优的平滑系数的最优指数平滑函数对电荷衰减曲线进行拟合获得最优的电荷衰退曲线，将该最优的电荷衰退曲线作为特征拟合曲线，更进一步地保证了特征拟合曲线与待测绝缘介质的实际的电荷衰减曲线的吻合度，使得根据特征拟合曲线对陷阱分布密度的计算更加精确。
如图4所示，在一些实施例中，获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线的步骤，包括：
步骤402，获取待测绝缘介质的特征波形。
其中，在步骤402中，特征波形用于表征待测绝缘介质的空间电荷密度分布波形；具体的，在一些实施例中，在执行步骤402之前，需要通过加压电极在预设时间内持续向待测绝缘介质施加电压，而加压电极在电压的驱动下向待测绝缘介质输入空间电荷，当加压电极施加电压的时间超过预设时间时，则使加压电极停止向待测绝缘介质施加电压，然后再执行步骤402，即通过测量待测绝缘介质的空间电荷情况，并根据测量结果进行计算以生成特征波形；在其他实施例中，特征波形的生成过程在外部设备中进行，在执行步骤402时，可以直接从外部的设备中直接获取特征波形。
步骤404，根据特征波形，获取待测绝缘介质的特征电荷参数。
其中，在步骤404中，特征电荷参数为待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量。具体的，对特征波形进行积分计算，以获取空间特征电荷参数，即：
根据预设的电荷计算函数：获取t时刻待测绝缘介质中的实际空间电荷对应的总电荷量Q1(t)。
式中，ρ(x,t)为t时刻待测绝缘介质内部与加压电极的距离为x处的空间电荷密度，L为待测绝缘介质的总厚度，S为加压电极的面积。
步骤406，根据特征电荷参数，获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线。
其中，在步骤406中，在撤掉电压后的预设时间段内，获取每一时刻的特征电荷参数，并基于特征电荷参数与各个时刻的对应关系，生成空间电荷的电荷衰减曲线。比如，在一个实施例中，同时参阅图11所示，图11示出了待测绝缘介质的空间电荷的电荷衰减曲线，其中，电荷衰减曲线用于指示空间电荷的总电荷量随时间变化的趋势，横坐标为时间，纵坐标为空间电荷的总电荷量。
如图5、10所示，在一些实施例中，获取待测绝缘介质的特征波形的步骤，包括：
步骤502，通过电极在预设时间内向待测绝缘介质输入预设强度的电压。
其中，在步骤502中，待测绝缘介质在预设强度的电压的驱动下获得空间电荷。
具体的，在一些实施例中，电极包括加压电极11、保护电极12以及测量电极13。其中，加压电极11和测量电极13均为圆形平板电极，加压电极11与测量电极13相互平行且中心轴重合，保护电极12环绕测量电极13设置并接地。将待测绝缘介质4放置于加压电极11和测量电极13之间，并通过弹簧装置(包括第一弹簧16和第二弹簧17)将加压电极11与测量电极13向待测绝缘介质4压紧。
在执行步骤502时，外部的直流高压源通过高压接线端和保护电阻连接到加压电极11，以为加压电极11提供直流高压，而加压电极11在预设时间内持续向待测绝缘介质4施加预设强度的电压，以向待测绝缘介质4输入空间电荷。
值得一提的是，上述的待测绝缘介质是不限的，在此，待测绝缘介质优选充分浸泡绝缘油的单层绝缘纸，而上述的预设强度和预设时间也是不限的，其可以根据实际测试的需求进行具体的设置。
进一步需要说明的是，由于待测绝缘介质越厚，向其内部输入空间电荷的难度就越大，考虑到待测绝缘介质的厚度不同，根据待测绝缘介质的厚度，适当调整直流高压的强度与施加电压的时间。其中，预设时间(即施加电压的时间)与预设强度(即直流高压的强度)都与待测绝缘介质的厚度成正比，即待测绝缘介质越厚，预设时间越长，预设强度越大。
比如，在一个实施例中，若设定待测绝缘介质的厚度为50μm，加压电极11在预设时间为100s的时间内持续向待测绝缘介质施加预设强度为1000V的电压。在另一个实施例中，若设定待测绝缘介质的厚度为80μm，加压电极11在预设时间为160s的时间内持续向待测绝缘介质施加预设强度为1600V的电压。
步骤504，根据预设的空间电荷测量规则，对待测绝缘介质的空间电荷进行测量计算以获取特征波形。
其中，在步骤504中，空间电荷测量规则为根据电声脉冲法(ulsed Electro-Acoustic，即PEA)的测量原理进行预先设置的电脉冲数据处理程序(即PEA处理程序)，电脉冲数据处理程序用于指示利用电声脉冲法对待测绝缘介质的空间电荷进行测量，即，利用电脉冲数据处理程序对待测绝缘介质的空间电荷进行测量计算以获取特征波形。
具体地，在加压电极11停止向待测绝缘介质4施加电压后，立即通过加压电极11连接的电脉冲发生器向待测绝缘介质4发射电脉冲信号，电场力使待测绝缘介质内的空间电荷发生微扰动，从而产生微扰动声信号。微扰动声信号穿过测量电极13被安装于测量电极13下方的PVDF压电传感器探测到，并由PVDF压电传感器将微扰动声信号转换为电信号发送到PEA处理程序中。
进一步地，PEA处理程序基于接收到的电信号，计算待测绝缘介质中的空间电荷对应的密度分布，从而输出空间电荷对应的密度分布波形(即特征波形)。其中，特征波形的横坐标为待测绝缘介质内部与测量电极13之间的距离，纵坐标为空间电荷密度，该特征波形为实验测量得到的空间密度分布波形。
由于声波在固体介质中传播时会发生衰减、色散，在多层复合介质中传播时会在两种介质的界面处发生折射现象，因此声信号在待测绝缘介质中传播时也会由于衰减、色散等因素导致测量得到的空间电荷密度分布波形(即特征波形)产生失真现象。为解决这一问题，通过如下方法对测量得到的空间电荷密度分布波形进行修正：
如图6、10所示，在一些实施例中，根据预设的空间电荷测量规则，对待测绝缘介质的空间电荷进行测量计算以获取特征波形的步骤，包括：
步骤602，在电声脉冲数据处理程序的指示下，获取待测绝缘介质在不同厚度处的衰减传递矩阵。
其中，在步骤602中，首先，在电声脉冲数据处理程序的指示下，获取多个待测绝缘介质在不同厚度处的衰减传递函数g(t,d)，然后，根据待测绝缘介质在不同厚度处的衰减传递函数g(t,d)，获取衰减传递矩阵G(t,z)，其中，t为待测绝缘介质的衰减与传递时间。
步骤604，对当前的特征波形和衰减传递矩阵的逆矩阵进行卷积计算，根据卷积计算结果对当前的特征波形进行修正。
其中，在步骤604中，对当前的特征波形ρa(d)和衰减传递矩阵G(t,z)的逆矩阵G-1(t,d)进行卷积计算，根据卷积计算结果对当前的特征波形进行修正，即：
根据预设的恢复函数：ρi(d)＝G-1(t,d)*ρa(d)，计算获得修正后的特征波形。
式中，ρa(d)为当前测量得到的空间电荷密度分布波形(即当前的特征波形)，ρi(d)为修正后的特征波形。
根据特征波形，获取待测绝缘介质的特征电荷参数的步骤，包括：
步骤606，根据修正后的特征波形获取待测绝缘介质的特征电荷参数。
通过上述步骤602-606的设置，通过修正PEA数据处理程序中得到的特征波形，根据修正后的特征波形获取待测绝缘介质的特征电荷参数作为新的电荷参数，根据新的电荷参数获取新的电荷衰退曲线，即实现了对当前的电荷衰退曲线进行修正处理，经过修正处理的电荷衰退曲线有利于消除声信号在待测绝缘介质中的衰减、散射所产生的影像，为获得与待测绝缘介质的实际电荷衰退情况更为接近的电荷衰退曲线，从而提高最终计算得到的陷阱分布密度的准确率。
如图7、10所示，在一些实施例中，根据特征拟合曲线进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱分布密度的步骤，包括：
步骤702，根据特征拟合曲线，对待测绝缘介质所处的时刻进行计算，获取时刻对应的第一电荷参数。
其中，在步骤702中，第一电荷参数为待测绝缘介质在所处的时刻t的空间电荷的总电荷量，记为Q2(t)；时刻t与第一电荷参数Q2(t)在特征拟合曲线上一一对应设置。
步骤704，根据预设的密度计算函数，对待测绝缘介质所处的时刻、第一电荷参数及密度计算参数进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱分布密度。
其中，在步骤704中，密度计算参数包括电极的面积、待测绝缘介质内的电子的电量、待测绝缘介质的厚度及待测绝缘介质所处环境的温度，电极用于与待测绝缘介质连接，并用于向待测绝缘介质输入空间电荷。具体的，即：
根据预设的密度计算函数：得到待测绝缘介质的陷阱分布密度N(E)。
式中，Q2(t)为特征拟合衰减曲线上，t时刻对应的空间电荷总电荷量；S为加压电极的面积；q为电子的电量，数值为1.6×10-19；L为待测绝缘介质的厚度；k为Boltzmann常数，数值为8.568×10-5eV·K-1；T为待测绝缘介质所处环境的绝对温度。
进一步的，在上述步骤704之后，还包括以下步骤：
将陷阱分布密度与第一预设阈值进行比对，根据比对结果判定待测绝缘介质的老化状态信息。
其中，当待测绝缘介质的陷阱分布密度大于第一预设阈值时，则判定待测绝缘介质处于严重老化状态；值得一提的是，第一预设阈值是不限的，其可以根据实际测试的需求进行具体的设置。
更进一步的，由于待测绝缘介质表面的陷阱分布情况可由陷阱分布密度和陷阱能级来表征。待测绝缘介质中空间电荷的积聚和消散过程与待测绝缘介质中载流子在内部输运特性密切相关，进而可以通过待测绝缘介质中的空间电荷消散过程中的密度分布情况，以计算待测绝缘介质表面的陷阱能级与陷阱分布密度，具体的：
如图8所示，在一些实施例中，在步骤704之后，还包括以下步骤：
步骤802，根据预设的能级计算函数，对能级计算参数进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱能级。
其中，能级计算参数包括待测绝缘介质所处的时刻t、待测绝缘介质的电子的振动频率v以及待测绝缘介质所处环境的温度T；具体的，即：
根据预设的能级计算函数：EM＝kTln(vt)，得到待测绝缘介质的陷阱能级EM。
式中，k为Boltzmann常数，数值为8.568×10-5eV·K-1；T为待测绝缘介质所处环境的绝对温度，v为电子的振动频率，一般为1011～1012S-1；t为待测绝缘介质所处的时刻。
步骤804，根据待测绝缘介质的陷阱分布密度和陷阱能级，获取待测绝缘介质的陷阱分布曲线。
其中，在步骤804中，获取到待测绝缘介质表面的陷阱分布密度和陷阱能级后，以陷阱能级为横坐标，陷阱分布密度为纵坐标，绘制待测绝缘介质的陷阱分布曲线，以通过陷阱分布曲线分析待测绝缘介质的老化情况。
进一步的，通过陷阱分布曲线分析待测绝缘介质的老化情况的方式是不限的，包括但不限于以下方式中的至少一种：
方式一，根据陷阱分布曲线，确定陷阱能级超过第二预设阈值的陷阱的数量，若陷阱能级超过第二预设阈值的陷阱的数量大于第二预设阈值，则判定待测绝缘介质处于严重老化状态。
具体的，根据待测绝缘介质的各个陷阱所对应的陷阱能级，识别各个陷阱的陷阱类型(陷阱类型包括深陷阱和浅陷阱)，其中，陷阱能级大于1eV的陷阱判定为浅陷阱，陷阱能级小于1eV的陷阱为深陷阱，在待测绝缘介质的陷阱分布曲线上，确定陷阱能级大于1eV的曲线段，对该段曲线进行积分计算处理，根据积分计算结果获得深陷阱的数量，判断深陷阱的数量是否大于第二预设阈值，若是，则判定待测绝缘介质处于严重老化状态。
方式二，确定陷阱分布曲线上，是否有纵坐标大于第一预设阈值的点，若有，则判定待测绝缘介质处于严重老化状态。
应该理解的是，虽然图1-8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-8中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
请参阅图9所示，在一些实施例中，本发明提供一种可应用上述陷阱分布检测方法的介电响应测试系统900，介电响应测试系统900包括控依次连接的电荷衰退计算模块910、拟合处理模块920和陷阱分布计算模块930，介电响应测试系统900还包括控制模块940，控制模块940分别与电荷衰退计算模块910、拟合处理模块920和陷阱分布计算模块930连接。其中：
电荷衰退计算模块910，用于获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线；其中，电荷衰退曲线用于表征待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量随时间变化的趋势。
具体的，电荷衰退计算模块910用于与上述的PVDF压电传感器连接，以接收PVDF压电传感器发送的电信号，其中，PVDF压电传感器与上述的测量电极连接。
拟合处理模块920，用于对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线。
陷阱分布计算模块930，用于根据特征拟合曲线进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱分布密度。
控制模块940，用于控制电荷衰退计算模块910、拟合处理模块920以及陷阱分布计算模块930进行运行计算程序，以执行相应的步骤；还用于与上述的电极、电脉冲发生器连接，以控制电极向待测绝缘介质输入电压，或控制脉冲发生器向待测绝缘介质输入电脉冲信号。
在其中一个实施例中，拟合处理模块920，用于利用预设函数对电荷衰减曲线进行多次的拟合处理，获取多个第一拟合衰退曲线，其中，预设函数包括一阶指数平滑函数、二阶指数平滑函数和三阶指数平滑函数中的至少一种；选取多个第一拟合衰减曲线的拟合优度中的最大值作为第一最大拟合优度，其中，第一拟合衰减曲线的拟合优度与预设函数一一对应设置；将与第一最大拟合优度对应设置的预设函数设定为最优指数平滑函数；利用最优指数平滑函数对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线。
在其中一个实施例中，拟合处理模块920，用于利用最优指数平滑函数，并根据多个最优指数平滑函数的平滑系数分别对电荷衰退曲线进行多次的拟合处理，获取多个第二拟合衰退曲线；选取多个第二拟合衰减曲线的拟合优度中的最大值作为第二最大拟合优度，其中，第二拟合衰减曲线的拟合优度与平滑系数一一对应设置；将与第二最大拟合优度对应设置的平滑系数设定为最优系数；利用最优指数平滑函数，并根据最优系数对电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线。
在其中一个实施例中，电荷衰退计算模块910，用于获取待测绝缘介质的特征波形，其中，特征波形用于表征待测绝缘介质的空间电荷密度分布波形；根据特征波形，获取待测绝缘介质的特征电荷参数，其中，特征电荷参数包括待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量；根据特征电荷参数，获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线。
在其中一个实施例中，控制模块940，用于控制电极在预设时间内向待测绝缘介质输入预设强度的电压，其中，待测绝缘介质在预设强度的电压的驱动下获得空间电荷；
电荷衰退计算模块910，用于根据预设的空间电荷测量规则，对待测绝缘介质的空间电荷进行测量计算以获取特征波形。
在其中一个实施例中，空间电荷测量规则包括电脉冲数据处理程序，电脉冲数据处理程序用于指示利用电声脉冲法对待测绝缘介质的空间电荷进行测量；
电荷衰退计算模块910，用于在电声脉冲数据处理程序的指示下，获取待测绝缘介质在不同厚度处的衰减传递矩阵；对当前的特征波形和衰减传递矩阵的逆矩阵进行卷积计算，根据卷积计算结果对当前的特征波形进行修正；根据修正后的特征波形获取待测绝缘介质的特征电荷参数。
在其中一个实施例中，陷阱分布计算模块930，用于根据特征拟合曲线，对待测绝缘介质所处的时刻进行计算，获取时刻对应的第一电荷参数，其中，第一电荷参数为待测绝缘介质在所处的时刻的空间电荷的总电荷量，时刻与第一电荷参数在特征拟合曲线上一一对应设置；根据预设的密度计算函数，对待测绝缘介质所处的时刻、第一电荷参数及密度计算参数进行计算，获取待测绝缘介质的陷阱分布密度，其中，密度计算参数包括电极的面积、待测绝缘介质内的电子的电量、待测绝缘介质的厚度及待测绝缘介质所处环境的温度，电极用于与待测绝缘介质连接，并用于向待测绝缘介质输入空间电荷。
在其中一个实施例中，陷阱分布计算模块930，用于将陷阱分布密度与第一预设阈值进行比对，根据比对结果判定待测绝缘介质的老化状态信息。
本领域技术人员可以理解，图9、10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的介电响应测试系统的限定，具体的介电响应测试系统可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
一种陷阱分布检测系统，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的陷阱分布检测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的陷阱分布检测方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random AccEWs Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random AccEWs Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random AccEWs Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种陷阱分布检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线；其中，所述电荷衰退曲线用于表征所述待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量随时间变化的趋势；
对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线，包括：
利用预设函数对所述电荷衰退曲线进行多次的拟合处理，获取多个第一拟合衰退曲线；其中，所述预设函数包括一阶指数平滑函数、二阶指数平滑函数和三阶指数平滑函数中的至少一种；
选取多个所述第一拟合衰退曲线的拟合优度中的最大值作为第一最大拟合优度；其中，所述第一拟合衰退曲线的拟合优度与所述预设函数一一对应设置；
将与所述第一最大拟合优度对应设置的预设函数设定为最优指数平滑函数；
利用所述最优指数平滑函数对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取所述特征拟合曲线；
根据所述特征拟合曲线进行计算，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度。
2.根据权利要求1所述的陷阱分布检测方法，其特征在于，根据所述最优指数平滑函数对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取所述特征拟合曲线的步骤，包括：
利用所述最优指数平滑函数，并根据多个所述最优指数平滑函数的平滑系数分别对所述电荷衰退曲线进行多次的拟合处理，获取多个第二拟合衰退曲线；
选取多个所述第二拟合衰退曲线的拟合优度中的最大值作为第二最大拟合优度；其中，所述第二拟合衰退曲线的拟合优度与所述平滑系数一一对应设置；
将与所述第二最大拟合优度对应设置的平滑系数设定为最优系数；
利用所述最优指数平滑函数，并根据所述最优系数对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取所述特征拟合曲线。
3.根据权利要求1-2任一项所述的陷阱分布检测方法，其特征在于，获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线的步骤，包括：
获取所述待测绝缘介质的特征波形；其中，所述特征波形用于表征所述待测绝缘介质的空间电荷密度分布波形；
根据所述特征波形，获取所述待测绝缘介质的特征电荷参数；其中，所述特征电荷参数包括所述待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量；
根据所述特征电荷参数，获取所述待测绝缘介质的电荷衰退曲线。
4.根据权利要求3所述的陷阱分布检测方法，其特征在于，获取待测绝缘介质的特征波形的步骤，包括：
通过电极在预设时间内向所述待测绝缘介质输入预设强度的电压；其中，所述待测绝缘介质在所述预设强度的电压的驱动下获得空间电荷；
根据预设的空间电荷测量规则，对所述待测绝缘介质的空间电荷进行测量计算以获取所述特征波形。
5.根据权利要求4所述的陷阱分布检测方法，其特征在于，所述空间电荷测量规则包括电脉冲数据处理程序，所述电脉冲数据处理程序用于指示利用电声脉冲法对所述待测绝缘介质的空间电荷进行测量；
根据预设的空间电荷测量规则，对所述待测绝缘介质的空间电荷进行测量计算以获取所述特征波形的步骤，包括：
在所述电脉冲数据处理程序的指示下，获取所述待测绝缘介质在不同厚度处的衰减传递矩阵；
对当前的特征波形和所述衰减传递矩阵的逆矩阵进行卷积计算，根据卷积计算结果对当前的特征波形进行修正；
根据所述特征波形，获取所述待测绝缘介质的特征电荷参数的步骤，包括：
根据修正后的特征波形获取所述待测绝缘介质的特征电荷参数。
6.根据权利要求3所述的陷阱分布检测方法，其特征在于，根据所述特征拟合曲线进行计算，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度的步骤，包括：
根据所述特征拟合曲线，对所述待测绝缘介质所处的时刻进行计算，获取所述时刻对应的第一电荷参数；其中，所述第一电荷参数为所述待测绝缘介质在所处的时刻的空间电荷的总电荷量，所述时刻与所述第一电荷参数在所述特征拟合曲线上一一对应设置；
根据预设的密度计算函数，对所述待测绝缘介质所处的时刻、所述第一电荷参数及密度计算参数进行计算，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度；其中，所述密度计算参数包括电极的面积、所述待测绝缘介质内的电子的电量、所述待测绝缘介质的厚度及所述待测绝缘介质所处环境的温度，所述电极用于与所述待测绝缘介质连接，并用于向所述待测绝缘介质输入空间电荷。
7.根据权利要求3所述的陷阱分布检测方法，其特征在于，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度的步骤之后，所述方法还包括：
将所述陷阱分布密度与第一预设阈值进行比对，根据比对结果判定所述待测绝缘介质的老化状态信息。
8.一种陷阱分布检测系统，其特征在于，所述系统包括：
电荷衰退计算模块，用于获取待测绝缘介质的电荷衰退曲线；其中，所述电荷衰退曲线用于表征所述待测绝缘介质的空间电荷的总电荷量随时间变化的趋势；
拟合处理模块，用于对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取特征拟合曲线，包括：
利用预设函数对所述电荷衰退曲线进行多次的拟合处理，获取多个第一拟合衰退曲线；其中，所述预设函数包括一阶指数平滑函数、二阶指数平滑函数和三阶指数平滑函数中的至少一种；
选取多个所述第一拟合衰退曲线的拟合优度中的最大值作为第一最大拟合优度；其中，所述第一拟合衰退曲线的拟合优度与所述预设函数一一对应设置；
将与所述第一最大拟合优度对应设置的预设函数设定为最优指数平滑函数；
利用所述最优指数平滑函数对所述电荷衰退曲线进行拟合处理，获取所述特征拟合曲线；以及，
陷阱分布计算模块，用于根据所述特征拟合曲线进行计算，获取所述待测绝缘介质的陷阱分布密度。
9.一种陷阱分布检测系统，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的陷阱分布检测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的陷阱分布检测方法的步骤。
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