CN114167155A - 一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，所述电极结构包含上电极模块、金属下电极和集成电阻模块。其中，上电极模块由高压电极、脉冲电极、金属外壳、高压BNC接头以及绝缘套管构成，可为极化电压与太赫兹脉冲激励提供加载路径；金属下电极由下电极主体以及接地电极等构成，与外部电引线共同构成接地回路；电阻模块由标准固定电阻器、高压BNC接头以及金属外壳构成，可实现电激励脉冲的可靠接入。所提出新型电极结构兼容于电声脉冲空间电荷测量装置的同时，上电极模块采取光路开孔特殊结构设计，可保证THz脉冲的有效施加，解决了光电子学电荷测量平台适配电极缺失的迫切问题。
Description
技术领域
本发明属于固体绝缘材料空间电荷测量领域，具体是一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构。
背景技术
在电力装备运行过程中，其绝缘系统往往由于直接承受极化应力作用而积聚有大量的空间电荷，由此极易造成绝缘局部电场的严重畸变特性，进而直接导致系统的介电性能变化和放电现象发展，因此，空间电荷分布已成为从微观机理层面可靠评价绝缘材料性能与状态的关键指标。
目前，对绝缘材料空间电荷积聚及分布机理的研究主要基于空间电荷无损测量技术。近年来，结合材料固有光弹性效应与电光采样测量技术，法国学者提出了以太赫兹脉冲为激励的光电子学电荷测量方法。虽然，该方法具备实现电荷分布纳米空间分辨的潜力，但受限于极化电压与太赫兹激励的同步加载，暂无法开展实验验证其可行性，因此，亟需研发一套新型结构的电极系统以支撑研究。
发明内容
鉴于现有技术中的上述问题与缺陷，本发明的目的是提供一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，作为实验平台的核心组件，解决了光电子学电荷测量平台适配电极缺失的迫切问题，可推动光电子学空间电荷测量实验的研究的进一步推进。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，包含上电极模块，金属下电极以及集成电阻模块，其中：
所述上电极模块由直流高压电极（1）、绝缘套管（4）及（12）、环氧树脂绝缘层（6）及（14）、高阻硅片（8）、脉冲电极（11）、标准固定电容器（13）以及金属外壳（21）构成；所述金属下电极由接地电极（2）、上下电极连接螺丝（5）及（17）、弹光取样传感器安装孔（3）及（16）、压电传感器安装孔（7）及（10）、试样（9）以及下电极主体（20）构成；所述集成电阻模块由高压BNC接头（15）及（20）、标准固定电阻器（19）以及电阻模块金属外壳（18）构成。
本电极结构适用于光电子学空间电荷测量平台：基于直流高压电极（1）及上电极特殊开孔设计，实现极化电压与太赫兹激励对试样（9）的有效加载，进一步，通过弹光取样传感器安装孔（3）及（16）固定弹光取样传感器，开展介质内部空间电荷分布测量。
本电极结构同时兼容于电声脉冲空间电荷测量平台：上电极模块采取直流高压电极（1）和直流脉冲电极（11）两侧对称布置设计方案，保证极化电压与电脉冲激励同步施加，进一步，基于压电传感器安装孔（7）及（10）安装压电传感器，并通过4个标准固定电阻器（19）并联形成保护电阻接地，开展介质内部空间电荷分布测量。
所述上电极模块采用两个方案，方案一上电极尺寸大小为W110 x D60 x H25（mm），采用全铝材质，在上表面开一个d=20mm的圆形窗口作为THz脉冲的输入路径，内壁厚为5mm，绝缘层固定在内壁上表面厚度为3mm；高压电极采用L型结构，铝材质外部裹上环氧树脂的绝缘，内部铝棒的直径d=5mm，环氧树脂的绝缘直径d=9mm；电脉冲电极采用圆柱形结构，铝材质外部裹上环氧树脂的绝缘，内部铝棒的直径d=5mm，环氧树脂的绝缘直径d=9mm；两个电极均通过塑料螺丝固定在上电极装置的上表面，电阻模块通过高压BNC接头与上电极连接，右侧留有安装高压BNC接头的螺纹孔，上电极与下电极通过四周法兰盘上的四个螺丝进行硬连接。
所述上电极模块采用两个方案，方案二上电极大小为W110 x D60 x H25（mm），采用全铝材质，在上表面开一个d=20mm的圆形窗口作为THz脉冲的输入路径，内壁厚为5mm，绝缘层固定在内壁上表面厚度为3mm；高压电极采用圆柱形结构，铝材质外部裹上环氧树脂的绝缘，内部铝棒的直径d=5mm，环氧树脂的绝缘直径d=10mm；电脉冲电极采用圆柱形结构，铝材质外部裹上环氧树脂的绝缘，内部铝棒的直径d=5mm，环氧树脂的绝缘直径d=9mm；电脉冲电极通过塑料螺丝固定在上电极装置的上表面，高压电极直接通过上表面的孔垂直放入到样品表面，电阻模块通过高压BNC接头与上电极连接，右侧留有安装高压BNC接头的螺纹孔，上电极与下电极通过四周法兰盘上的四个螺丝进行硬连接。
所述金属下电极尺寸大小为W110 x D60 x H15（mm），采用全铝材质，上表面光滑平整，放置测试试样；下表面采取多传感器安装孔设计，可根据不同测量方法选择，实现弹光传感器、压电传感器的固定安装，共开6个螺纹孔，其中4个螺纹孔成一个圆周，安装PEA空间电荷测量装置的测量端的压电传感器，剩余两个螺纹孔安装采用光电子学的空间电荷测量装置的测量端的弹光取样传感器；下电极与上电极通过四周的四个螺丝进行硬连接，并在侧面留有一个螺纹孔，与外部电引线共同构成接地回路。
所述集成电阻模块为d=45mm，h=95mm尺寸的中空圆柱体，壁厚为7.5mm，圆柱体上表面和下表面均留有螺纹孔，用来安装高压BNC接头；集成电阻模块内部采用4个标准固定电阻器并联形成保护电阻接地，标准固定电阻器一端固定在上盖，另一端固定在集成电阻模块中间的射频连接线，构成通过电阻的接地状态。
所述集成电阻模块采取接地电阻外置设计，缩小整体电极体积的同时，可能据测试场景合理调节接地电阻阻值。
所述上电极结构采取L型圆柱电极结构设计方案，缩减上电极在垂直方向空间体积的同时，可保证电极与试样均匀充分接触，有效防止延面放电等问题的发生。
所述适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构采用绝缘套和绝缘层的配合使用，将高压电极与上电极的外壳隔离，防止在施加高压时空气间隙的击穿，保证整套电极结构的绝缘效果。
所述新型电极结构可实现传感模块小型化紧凑化，相比于传统PEA空间电荷测量装置体积庞大，实验和携带受限于体积和重量，占据较大空间，本套结构体积和重量缩减为传统空间电荷装置电极的1/5大小。
附图说明
图1为本发明一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构的结构图，其中：
1-直流高压电极、2-接地电极、3，16-弹光取样传感器安装孔、4，12-绝缘套管、5，17-上下电极连接螺丝、6，14-环氧树脂绝缘层、7，10-压电传感器安装孔、8-高阻硅片、9-试样、11-脉冲电极、13-标准固定电容器、15，20-高压BNC接头、18-电阻模块金属外壳、19-标准固定电阻器、20-下电极主体、21-金属外壳构成。
图2为上电极方案一立体结构图。
图3为上电极方案二立体结构图。
图4为下电极立体结构图。
图5为电阻模块立体结构图。
图6为整体装置结立体结构图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于所说明部分，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，如图1所示，其中包含上电极模块，金属下电极以及集成电阻模块：
所述上电极模块由直流高压电极（1）、绝缘套管（4）及（12）、环氧树脂绝缘层（6）及（14）、高阻硅片（8）、脉冲电极（11）、标准固定电容器（13）以及金属外壳（21）构成；所述金属下电极由接地电极（2）、上下电极连接螺丝（5）及（17）、弹光取样传感器安装孔（3）及（16）、压电传感器安装孔（7）及（10）、试样（9）以及下电极主体（20）构成；所述集成电阻模块由高压BNC接头（15）及（20）、标准固定电阻器（19）以及电阻模块金属外壳（18）构成。
本电极结构适用于光电子学空间电荷测量平台：基于直流高压电极（1）及上电极特殊开孔设计，实现极化电压与太赫兹激励对试样（9）的有效加载，进一步，通过弹光取样传感器安装孔（3）及（16）固定弹光取样传感器，开展介质内部空间电荷分布测量。
本电极结构同时兼容于电声脉冲空间电荷测量平台：上电极模块采取直流高压电极（1）和直流脉冲电极（11）两侧对称布置设计方案，保证上电极可以同时容纳两种施加激励极化电压与电脉冲激励同步施加，进一步，基于压电传感器安装孔（7）及（10）安装压电传感器，并通过4个标准固定电阻器（19）并联形成保护电阻接地，开展介质内部空间电荷分布测量。
所述上电极模块采用两个方案，方案一上电极尺寸大小为W110 x D60 x H25（mm），采用全铝材质，在上表面开一个d=20mm的圆形窗口作为THz脉冲的输入路径，内壁厚为5mm，绝缘层固定在内壁上表面厚度为3mm；高压电极采用L型结构，铝材质外部裹上环氧树脂的绝缘，内部铝棒的直径d=5mm，环氧树脂的绝缘直径d=9mm；电脉冲电极采用圆柱形结构，铝材质外部裹上环氧树脂的绝缘，内部铝棒的直径d=5mm，环氧树脂的绝缘直径d=9mm；两个电极均通过塑料螺丝固定在上电极装置的上表面，电阻模块通过高压BNC接头与上电极连接，右侧留有安装高压BNC接头的螺纹孔，上电极与下电极通过四周法兰盘上的四个螺丝进行硬连接。
所述上电极模块采用两个方案，方案二上电极大小为W110 x D60 x H25（mm），采用全铝材质，在上表面开一个d=20mm的圆形窗口作为THz脉冲的输入路径，内壁厚为5mm，绝缘层固定在内壁上表面厚度为3mm；高压电极采用圆柱形结构，铝材质外部裹上环氧树脂的绝缘，内部铝棒的直径d=5mm，环氧树脂的绝缘直径d=10mm；电脉冲电极采用圆柱形结构，铝材质外部裹上环氧树脂的绝缘，内部铝棒的直径d=5mm，环氧树脂的绝缘直径d=9mm；电脉冲电极通过塑料螺丝固定在上电极装置的上表面，高压电极直接通过上表面的孔垂直放入到样品表面，电阻模块通过高压BNC接头与上电极连接，右侧留有安装高压BNC接头的螺纹孔，上电极与下电极通过四周法兰盘上的四个螺丝进行硬连接。
所述金属下电极尺寸大小为W110 x D60 x H15（mm），采用全铝材质，上表面光滑平整，放置测试试样；下表面采取多传感器安装孔设计，可根据不同测量方法选择，实现弹光传感器、压电传感器的固定安装，共开6个螺纹孔，其中4个螺纹孔成一个圆周，安装PEA空间电荷测量装置的测量端的压电传感器，剩余两个螺纹孔安装采用光电子学的空间电荷测量装置的测量端的弹光取样传感器；下电极与上电极通过四周的四个螺丝进行硬连接，并在侧面留有一个螺纹孔，与外部电引线共同构成接地回路。
所述集成电阻模块为d=45mm，h=95mm尺寸的中空圆柱体，壁厚为7.5mm，圆柱体上表面和下表面均留有螺纹孔，用来安装高压BNC接头；集成电阻模块内部采用4个标准固定电阻器并联形成保护电阻接地，标准固定电阻器一端固定在上盖，另一端固定在集成电阻模块中间的射频连接线，构成通过电阻的接地状态。
本套新型电极系统作为实验平台的核心组件，解决了光电子学电荷测量平台适配电极缺失的迫切问题，可推动光电子学空间电荷测量实验的研究的进一步推进。
Claims (7)
1.一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，其特征在于所述电极结构包含上电极模块，金属下电极以及集成电阻模块，其中：
所述上电极模块由直流高压电极(1)、绝缘套管(4)及(12)、环氧树脂绝缘层(6)及(14)、高阻硅片(8)、脉冲电极(11)、标准固定电容器(13)以及金属外壳(21)构成；
所述金属下电极由接地电极(2)、上下电极连接螺丝(5)及(17)、弹光取样传感器安装孔(3)及(16)、压电传感器安装孔(7)及(10)、试样(9)以及下电极主体(20)构成；
所述集成电阻模块由高压BNC接头(15)及(20)、标准固定电阻器(19)以及电阻模块金属外壳(18)构成。
2.根据权利要求1所述的一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，其特征在于所述电极结构适用于光电子学空间电荷测量平台：基于直流高压电极(1)及上电极特殊开孔设计，实现极化电压与太赫兹激励对试样(9)的有效加载，进一步，通过弹光取样传感器安装孔(3)及(16)固定弹光取样传感器，开展介质内部空间电荷分布测量。
3.根据权利要求1所述的一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，其特征在于所述电极结构同时兼容于电声脉冲空间电荷测量平台：上电极模块采取直流高压电极(1)和直流脉冲电极(11)两侧对称布置设计方案，保证上电极可以同时容纳两种施加激励极化电压与电脉冲激励同步施加，进一步，基于压电传感器安装孔(7)及(10)安装压电传感器，并通过4个标准固定电阻器(19)并联形成保护电阻接地，开展介质内部空间电荷分布测量。
4.根据权利要求1所述的一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，其特征在于所述上电极模块采取L型圆柱电极结构设计方案，缩减上电极在垂直方向空间体积的同时，可保证电极与试样均匀充分接触，有效防止延面放电等问题的发生。
5.根据权利要求1所述的一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，其特征在于所述上电极模块中绝缘套管(4)及(12)和绝缘层(6)及(14)的使用，将高压电极与上电极的外壳隔离，防止在施加高压时空气间隙的击穿。
6.根据权利要求1所述的一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，其特征在于所述金属下电极采取多传感器安装孔设计，可根据不同测量方法选择，实现弹光传感器、压电传感器的固定安装。
7.根据权利要求1所述的一种适配光电子学空间电荷测量方法的新型电极结构，其特征在于所述集成电阻模块采取接地电阻外置设计，缩小整体电极体积的同时，可能据测试场景合理调节接地电阻阻值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220311 |