低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置，屬于液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有基于光學(xué)CCD的液體介質(zhì)空間電荷分布的克爾效應(yīng)測(cè)量裝置只能對(duì)高克爾常數(shù)的液體介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量的問(wèn)題。它的克爾盒的兩個(gè)電極連接端分別連接電源的正極和負(fù)極；克爾盒內(nèi)裝有待測(cè)的液體介質(zhì)；半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束經(jīng)擴(kuò)束器擴(kuò)束，再經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后，入射至起偏器后獲得偏振光束，該偏振光束經(jīng)第一λ/4波片后入射至克爾盒，經(jīng)過(guò)克爾盒獲得的透射光束再經(jīng)第二λ/4波片、檢偏器和濾波器后，輸出的光束由CCD圖像傳感器接收。本實(shí)用新型用于測(cè)量液體介質(zhì)的空間電荷分布。
【專(zhuān)利說(shuō)明】低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置，屬于液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣材料的電擊穿特性是電氣設(shè)備及電力行業(yè)的研究重點(diǎn)，電介質(zhì)的絕緣性能極大地受到其內(nèi)部電場(chǎng)的影響，其中空間電荷在改變絕緣電介質(zhì)內(nèi)部電場(chǎng)分布中起著重要的作用。因此，研究絕緣材料中的電場(chǎng)及空間電荷發(fā)展趨勢(shì)顯得尤為重要。
[0003]傳統(tǒng)方法中對(duì)絕緣電介質(zhì)電場(chǎng)的研究主要依靠實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)分壓器及傳感器測(cè)量施加電壓后的絕緣電介質(zhì)的電壓和電流分量，再通過(guò)計(jì)算還原得到絕緣電介質(zhì)的電場(chǎng)變化過(guò)程。但這種方法無(wú)法精確計(jì)算絕緣體內(nèi)部實(shí)際的電場(chǎng)變化過(guò)程，特別是電極處于液體電介質(zhì)環(huán)境中，當(dāng)電壓達(dá)到一定程度后，液體中會(huì)出現(xiàn)空間電荷。研究表明，空間電荷的產(chǎn)生、輸運(yùn)以及消散會(huì)改變液體電介質(zhì)中的電場(chǎng)分布，從而影響液體電介質(zhì)的絕緣擊穿性能，這種影響既可能降低液體電介質(zhì)的擊穿電壓，亦有可能改善液體電介質(zhì)的電場(chǎng)分布從而抑制流注的發(fā)展以提高液體電介質(zhì)的擊穿電壓。特別是近年來(lái)，隨著新型材料技術(shù)和空間電荷注入原理的研究，新型液體電介質(zhì)的空間電荷產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)擊穿過(guò)程的影響機(jī)理受到了廣泛的重視。
[0004]液體電介質(zhì)材料的應(yīng)用范圍和應(yīng)用量都很大，其電場(chǎng)分布的研究比較薄弱，國(guó)外先后提出了探針?lè)?、紋影法和克爾效應(yīng)法。利用靜電感應(yīng)原理的探針?lè)ǎ梢陨钊胍后w內(nèi)部測(cè)量電極各位置點(diǎn)上的電勢(shì)，假如測(cè)得的電勢(shì)分布是連續(xù)光滑的，則求導(dǎo)可得出電場(chǎng)分布，遺憾的是探針本身引起的干擾，常帶來(lái)不可補(bǔ)救的極大的誤差，使測(cè)量無(wú)效，這一方法已不太有人應(yīng)用。紋影法的基礎(chǔ)是介質(zhì)的折射率。介質(zhì)常數(shù)和密度為溫度的函數(shù)，如在電極相同的介質(zhì)中有一個(gè)溫度梯度，外施電壓使溫度梯度的變化將以折射兩次的變化反映出來(lái)，通過(guò)測(cè)量透明液體介質(zhì)中的電場(chǎng)分布，來(lái)建立一個(gè)可以人為控制的溫度梯度，并對(duì)之進(jìn)行精確的計(jì)量。
[0005]克爾電光效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)液體介質(zhì)中的電場(chǎng)和空間電荷分布的測(cè)量具有精度高、響應(yīng)快，且對(duì)被測(cè)電場(chǎng)無(wú)干擾的優(yōu)點(diǎn)?？藸栃?yīng)從1875年發(fā)現(xiàn)，至今已一百多年，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，逐步被引入高電壓測(cè)量。上世紀(jì)七十年代，麻省理工學(xué)院Markus Zahn教授首創(chuàng)了克爾電光場(chǎng)圖測(cè)量，用去離子純水作為介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，直接測(cè)量介質(zhì)在高電壓作用下的電場(chǎng)分布，進(jìn)而擴(kuò)展到氣體、固體，它對(duì)多種不同介質(zhì)進(jìn)行研究并取得一系列研究成果。較之于其他高壓電場(chǎng)測(cè)量方法，電光場(chǎng)圖測(cè)量法具有直觀、安全、可靠，又易于進(jìn)行計(jì)算機(jī)信息處理的優(yōu)點(diǎn)，是一種有效的高壓電場(chǎng)測(cè)量方法。特別是采用光信號(hào)作為測(cè)量的媒介，排除了與高電壓的直接聯(lián)系，不僅安全而且易于進(jìn)行自動(dòng)控制和信號(hào)處理，應(yīng)用于高壓作用下的電場(chǎng)測(cè)量具有很大優(yōu)勢(shì)。
[0006]現(xiàn)有的克爾效應(yīng)測(cè)量空間電荷的方法，可以分為兩種:一種是基于光電傳感器的測(cè)量，一種是基于光學(xué)CCD的測(cè)量?；诠怆妭鞲衅鞯臏y(cè)量，使用方便，可進(jìn)行交直流和沖擊電壓作用下的液體電介質(zhì)的空間電荷測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)用廣泛。但其每次測(cè)量采集的是一個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)，對(duì)于不同位置的電場(chǎng)測(cè)量需進(jìn)行多次不同點(diǎn)上的重復(fù)試驗(yàn)，從而會(huì)造成一定的測(cè)量誤差；基于光學(xué)CCD的測(cè)量，多數(shù)是對(duì)高克爾常數(shù)的液體介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，并且大部分是交直流作用下的電介質(zhì)空間電荷的測(cè)量，它不能在測(cè)量電場(chǎng)的同時(shí)對(duì)不同電極材料、不同電極設(shè)計(jì)方式對(duì)介質(zhì)電場(chǎng)分布的影響提供參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型目的是為了解決現(xiàn)有基于光學(xué)CCD的液體介質(zhì)空間電荷分布的克爾效應(yīng)測(cè)量裝置只能對(duì)高克爾常數(shù)的液體介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量的問(wèn)題，提供了一種低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置。
[0008]本實(shí)用新型所述低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置，它包括半導(dǎo)體激光器、擴(kuò)束器、準(zhǔn)直器、起偏器、第一 λ/4波片、克爾盒、第二 λ/4波片、檢偏器、濾波器和CXD圖像傳感器，
[0009]克爾盒的兩個(gè)電極連接端分別連接電源的正極和負(fù)極；克爾盒內(nèi)裝有待測(cè)的液體介質(zhì)；
[0010]半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光束經(jīng)擴(kuò)束器擴(kuò)束，再經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后，入射至起偏器后獲得偏振光束，該偏振光束經(jīng)第一 λ /4波片后入射至克爾盒，經(jīng)過(guò)克爾盒獲得的透射光束再經(jīng)第二 λ/4波片、檢偏器和濾波器后，輸出的光束由CCD圖像傳感器接收。
[0011]它還包括計(jì)算機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和顯示器，
[0012]計(jì)算機(jī)的采集信號(hào)輸入端連接CCD圖像傳感器的采集信號(hào)輸出端，計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接CCD圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端；計(jì)算機(jī)的顯示信號(hào)輸出端連接顯示器的顯示信號(hào)輸入端。
[0013]所述克爾盒內(nèi)裝有的待測(cè)的液體介質(zhì)為變壓器油。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型采用CCD采集信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液體介質(zhì)空間電場(chǎng)分布的動(dòng)態(tài)測(cè)量；選用波長(zhǎng)波動(dòng)較小的半導(dǎo)體激光器作為光源，能夠保證波長(zhǎng)的穩(wěn)定性，減少光源功率變化對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的誤差；在信號(hào)采集端采用濾波器實(shí)現(xiàn)接收波段的控制，可以保證采集信息的有效性，避免雜散光的輸入，解決了測(cè)量裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的依賴性，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量；測(cè)量裝置具有便攜性，拆裝以及移動(dòng)方便，適合在各種場(chǎng)合使用。
[0015]本實(shí)用新型針對(duì)克爾常數(shù)較小的液體介質(zhì)電場(chǎng)分布進(jìn)行測(cè)試，具有極大的應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型所述低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置的原理框圖；
[0017]圖2是克爾盒的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置，它包括半導(dǎo)體激光器1、擴(kuò)束器2、準(zhǔn)直器3、起偏器4、第一 λ /4波片5、克爾盒6、第二 λ /4波片7、檢偏器8、濾波器9和CXD圖像傳感器10，
[0019]克爾盒6的兩個(gè)電極連接端分別連接電源的正極和負(fù)極；克爾盒6內(nèi)裝有待測(cè)的液體介質(zhì)；
[0020]半導(dǎo)體激光器I發(fā)射的激光束經(jīng)擴(kuò)束器2擴(kuò)束，再經(jīng)準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直后，入射至起偏器4后獲得偏振光束，該偏振光束經(jīng)第一 λ /4波片5后入射至克爾盒6，經(jīng)過(guò)克爾盒6獲得的透射光束再經(jīng)第二 λ /4波片7、檢偏器8和濾波器9后，輸出的光束由CXD圖像傳感器10接收。
[0021]本實(shí)施方式中，克爾盒6能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電極間距的可調(diào)，并可更換電極材料和電極大小，圖2中A為克爾盒6的上蓋，B為克爾盒6的內(nèi)槽。
[0022]所述測(cè)量裝置可放置在一個(gè)儀器箱中，儀器箱的內(nèi)部放置具有隔振功能的鐵質(zhì)小實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和測(cè)試所需的各種元件，以便于移動(dòng)到現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)所進(jìn)行測(cè)量操作，攜帶方便。該裝置安裝調(diào)試方便，可在任意場(chǎng)所進(jìn)行安裝，在安裝后即為工作狀態(tài)。半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的光束的波長(zhǎng)，根據(jù)測(cè)試要求，選用特定波長(zhǎng)的光束。所述測(cè)量裝置可以用于電氣領(lǐng)域的低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)電場(chǎng)分布進(jìn)行測(cè)試。
[0023]【具體實(shí)施方式】二:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式還包括計(jì)算機(jī)11、驅(qū)動(dòng)器12和顯示器13，
[0024]計(jì)算機(jī)11的采集信號(hào)輸入端連接CXD圖像傳感器10的采集信號(hào)輸出端，計(jì)算機(jī)11的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)器12的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)器12的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接CCD圖像傳感器10的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端；計(jì)算機(jī)11的顯示信號(hào)輸出端連接顯示器13的顯示信號(hào)輸入端。
[0025]本實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)11對(duì)CXD圖像傳感器10輸出的信號(hào)進(jìn)行接收并處理和顯示，同時(shí)，對(duì)CCD圖像傳感器10起到調(diào)控作用。
[0026]【具體實(shí)施方式】三:下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一或二作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式所述克爾盒6內(nèi)裝有的待測(cè)的液體介質(zhì)為變壓器油。
[0027]現(xiàn)有測(cè)量液體介質(zhì)中空間電場(chǎng)分布的克爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)在使用中，必須把電壓加到很高或把電極加長(zhǎng)到I米以上，才能用于測(cè)量克爾常數(shù)小的液體介質(zhì)，由于液體介質(zhì)擊穿電壓以及光路穩(wěn)定與光強(qiáng)吸收等因素，過(guò)高電壓和加長(zhǎng)電極是不實(shí)際的。
[0028]目前出現(xiàn)的新型的液體電介質(zhì)的克爾常數(shù)一般都很小，這種小克爾常數(shù)的液體介質(zhì)絕緣材料在電氣領(lǐng)域中被廣泛用在變壓器、斷路器、電力電纜和電力電容器等電氣設(shè)備中。本實(shí)用新型基于克爾電光效應(yīng)原理，改變了原有克爾效應(yīng)法的克爾盒結(jié)構(gòu)以及光路結(jié)構(gòu)，利用高速CCD光電接收裝置建立新型測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量克爾常數(shù)小的液體介質(zhì)，例如變壓器油中的電場(chǎng)分布。它通過(guò)分析光強(qiáng)的空間分布和變化規(guī)律得出電場(chǎng)的空間分布和變化規(guī)律，能夠得出使用不同金屬材料做克爾盒的電極時(shí)對(duì)電場(chǎng)分布的影響，為克爾常數(shù)小的液體介質(zhì)中的電場(chǎng)及空間電荷分布提供了測(cè)量裝置，具有實(shí)用性。
[0029]本實(shí)用新型所述液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置的使用過(guò)程如下:
[0030]1、首先調(diào)整光源，調(diào)整所有元器件的位置和水平高度；
[0031]2、打開(kāi)計(jì)算機(jī)11，使CXD圖像傳感器10與計(jì)算機(jī)11相連。
[0032]一、對(duì)變壓器油空間電場(chǎng)分布以及不同電極材料對(duì)電場(chǎng)分布影響的測(cè)試為:
[0033]1、將變壓器油注入克爾盒6中，并將其封閉；[0034]2、打開(kāi)半導(dǎo)體激光器I ;
[0035]3、可選擇在計(jì)算機(jī)11中利用Matlab程序記錄此時(shí)(XD圖像傳感器10的輸出結(jié)果;
[0036]4、調(diào)節(jié)電源電壓或通過(guò)電壓波動(dòng)來(lái)測(cè)試CXD圖像傳感器10的輸入；
[0037]5、利用Matlab程序記錄此時(shí)CXD圖像傳感器10的輸出結(jié)果；
[0038]6、經(jīng)過(guò)5分鐘時(shí)間后再次記錄當(dāng)前時(shí)CXD輸出結(jié)果；
[0039]7、經(jīng)過(guò)10分鐘時(shí)間后再次記錄當(dāng)前CXD輸出結(jié)果；
[0040]8、關(guān)閉聞壓電源；
[0041]9、在克爾盒上安放另一種材料的電極，重復(fù)上述步驟；
[0042]10、分析測(cè)試結(jié)果，并繪制數(shù)據(jù)曲線圖。
[0043]二、高壓下的變壓器油中空間電場(chǎng)分布測(cè)試與電極間距對(duì)電場(chǎng)分布影響的測(cè)試:
[0044]1、將變壓器油注入克爾盒6中，并將其封閉；
[0045]2、打開(kāi)半導(dǎo)體激光器I ;
[0046]3、可選擇在計(jì)算機(jī)11中利用Matlab程序記錄此時(shí)(XD圖像傳感器10的輸出結(jié)果;
[0047]4、調(diào)節(jié)電源電壓或通過(guò)電壓波動(dòng)來(lái)測(cè)試CXD圖像傳感器10的輸入；
[0048]5、利用Matlab程序記錄此時(shí)CXD圖像傳感器10的輸出結(jié)果；
[0049]6、經(jīng)過(guò)5分鐘時(shí)間后再次記錄當(dāng)前時(shí)CXD輸出結(jié)果；
[0050]7、經(jīng)過(guò)10分鐘時(shí)間后再次記錄當(dāng)前CXD輸出結(jié)果；
[0051]8、關(guān)閉高壓電源；
[0052]9、改變克爾盒中電極的間距，重復(fù)上述步驟；
[0053]10、分析測(cè)試結(jié)果，并繪制數(shù)據(jù)曲線圖。
[0054]本實(shí)用新型中所述低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)指的是克爾常數(shù)數(shù)值低于10_13量級(jí)的液體介質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置，其特征在于，它包括半導(dǎo)體激光器(I)、擴(kuò)束器(2)、準(zhǔn)直器(3)、起偏器(4)、第一 λ/4波片(5)、克爾盒(6)、第二 λ/4波片(7)、檢偏器(8)、濾波器(9)和CCD圖像傳感器(10)， 克爾盒(6)的兩個(gè)電極連接端分別連接電源的正極和負(fù)極；克爾盒(6)內(nèi)裝有待測(cè)的液體介質(zhì)； 半導(dǎo)體激光器(I)發(fā)射的激光束經(jīng)擴(kuò)束器(2 )擴(kuò)束，再經(jīng)準(zhǔn)直器(3 )準(zhǔn)直后，入射至起偏器(4)后獲得偏振光束，該偏振光束經(jīng)第一 λ /4波片(5)后入射至克爾盒(6)，經(jīng)過(guò)克爾盒(6)獲得的透射光束再經(jīng)第二 λ/4波片(7)、檢偏器(8)和濾波器(9)后，輸出的光束由CXD圖像傳感器(10)接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置，其特征在于，它還包括計(jì)算機(jī)(11 )、驅(qū)動(dòng)器(12)和顯示器(13)， 計(jì)算機(jī)(11)的采集信號(hào)輸入端連接CCD圖像傳感器(10)的采集信號(hào)輸出端，計(jì)算機(jī)(11)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)器(12)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)器(12)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接C⑶圖像傳感器(10)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端；計(jì)算機(jī)(11)的顯示信號(hào)輸出端連接顯示器(13)的顯示信號(hào)輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低克爾常數(shù)的液體介質(zhì)空間電荷分布測(cè)量裝置，其特征在于，所述克爾盒(6)內(nèi)裝有的待測(cè)的液體介質(zhì)為變壓器油。
【文檔編號(hào)】G01R29/14GK203479912SQ201320624385
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】沈濤, 胡超, 熊燕玲, 楊文龍, 于雪蓮 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)