绝缘电介质薄膜中空间电荷分布测量技术的研究进展

发布时间：2020-12-25 08:59

　　绝缘电介质薄膜广泛用作为高压电气设备中的绝缘材料和传感器件中电介质功能材料,如果用在直流高压应用条件下,空间电荷分布是其重要的特性表征。如果用于功能电介质,空间电荷分布是其功能实现的决定性因素之一。为此总结了厚度为数微米至几十微米的薄膜电介质中空间电荷分布测量方法的研究进展,按照测量的空间分辨率分别介绍了压力波法、热扰动法、电声反射法和基于飞秒脉冲激光器光电测量方法的测量原理。比较了这几种测量方法的特点,讨论了影响测量分辨率的几个关键因素:如对介质的扰动方式、对介质响应信号的探测方式以及对响应信号处理的解卷积方法。压力波法和热扰动法是其中较为成熟有效的测量方法,分辨率介于亚微米及数微米之间,扰动方法及信号监测都相对容易实现,而热扰动法虽然较容易实现亚微米分辨率,但数据处理较为繁琐。目前还处于试探阶段的电声反射法的测量基于网络分析仪,具微米级空间分辨率。基于飞秒脉冲激光器光电测量法是对传统压力波法或电声脉冲法的改进,通过太赫兹窄脉冲扰动,利用光电方式实现极高带宽测量,能够实现数十纳米级空间分辨率。 

【文章来源】：高电压技术. 2020年07期 北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

压电压力阶跃法PPS测试线路示意图[19]

图1 压电压力阶跃法PPS测试线路示意图[19]热脉冲法提出的初期，热脉冲主要采用闪光灯作用于被测样品的金属化表面，热脉冲经由金属化电极的表面传入介质内部作为热扰动[11]。闪光灯脉冲宽度为数十微秒至数毫秒，激发的位移电流时间分辨率差。同时，方程(1)是Fredholm第1类方程，无解析解，只有数值解。因为当时采取类似于热阶跃法对以上方程求数值解，只获得非常有限的数个关键傅里叶参数，计算获得的电场分布空间分辨率很低[22-24]。因此，从实验与数据处理方式上都不利于获得高空间分辨率的电荷分布，当时主要以整体的平均电荷重心作为结果展示形式，并不能精确地描绘出介质内的空间电荷分布[25]。

热脉冲法测量的另一个必须的工作是实验数据的计算处理。不同于于压力波法和电声脉冲法，由于热脉冲在薄膜介质热传导的特性，从热脉冲法的原始实验数据并不能直接看出电荷分布，例如对9.8μm的双向拉伸聚丙烯(biaxially oriented poly-propylene,BOPP)施加100 V电压，可获得的典型实验数据如图5所示，通过计算上述第1类方程Fredholm获得式(2)中的电场或电荷分布的解。目前，适用于热脉冲测量的数值解法主要有：尺度变换法、蒙特卡罗法、正则化方法等3种方法。图4 三维热脉冲测量系统示意图[29]

【参考文献】：
期刊论文
[1]固体绝缘介质中空间电荷分布测量技术及其在电气工业中的应用[J]. 张冶文,潘佳萍,郑飞虎,安振连,杨黎明,朱智恩,俞恩科,张磊.  高电压技术. 2019(08)
[2]介质阻挡放电等离子体处理对聚酰亚胺表面放电的影响[J]. 张兴涛,吴广宁,杨雁,吴旭辉,雷毅鑫,钟鑫.  高电压技术. 2018(09)
[3]基于Monte Carlo的热脉冲法数据分析[J]. 梁铭辉,郑飞虎,安振连,张冶文.  物理学报. 2016(07)
[4]聚酰亚胺纳米复合薄膜的耐电晕机理[J]. 高波,吴广宁,曹开江,王鹏,罗杨.  高电压技术. 2013(12)



本文编号：2937342