專利名稱：一種基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法，屬于直流高壓輸電系統(tǒng)中的特高壓測量技術領域。
背景技術：
早期的直流高壓測量主要可以分為分壓法、球隙法和靜電表法三種，雖然三者都有一定的優(yōu)勢，但也都存在著較大的問題。其中，分壓法在絕緣和抗干擾方面存在著極大缺陷；球隙法則由于其在特高壓測量時所采用的銅球過于笨重，不利于使用；而靜電表法雖然量程較高，但精度較低，且對安放位置、絕緣屏蔽以及環(huán)境的都有著非常高的要求。近年來，隨著光電子、光纖通訊技術的發(fā)展，一種基于電光效應的高壓測量方法成為了高壓測量領域的研究熱點。電光效應是指晶體在強電場作用下所出現的雙折射現象，若將晶體置于強電場中，則其折射率會受到場強的調制，通過測量晶體的折射率即可得到電場強度的大小。由于采用了電光傳感技術，這種方法具有以下顯著特點:第一、能夠測量的物理量多，如電場，電壓，頻率及相位等信息；第二、響應速度快，有較大的測量頻率范圍；第三、直接將待測信號調制為光信號，絕緣性能好，同時采用光纖傳輸信息，實現了高壓側和低壓側的電氣隔離；第四、抗電磁干擾能力強，且測量裝置中金屬設備少，對被測電場影響較小，安全性也較高。盡管如此，基于電光效應的高壓測量方法仍然存在著較大的不足:首先，光學結構復雜，光路控制要求較高，易受到外界的影響，測量時誤差較大；其次，由于對溫度和壓力靈敏，溫度穩(wěn)定性和壓力穩(wěn)定性都較差，一般情況下，當溫度從-30°C變化到90°C時，測量誤差達到±17% ;最后，由于受到晶體半波電壓的限制，能夠測量的最大電壓即量程較低，而且晶體本身的Pockel效應也存在緩慢漂移的現象，這就導致輸出電壓緩慢漂移，造成測量誤差。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法，用于解決傳統(tǒng)直流高壓測量過程中普遍存在的精度較低和量程受限兩個關鍵問題，同時研究提高系統(tǒng)的絕緣和抗干擾性能，溫度、壓力穩(wěn)定性以及環(huán)境適應能力等特性。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的:—種基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法，包括:將待測高壓加在高真空電子加速管兩端的電極上形成加速電場，并通過激光光源發(fā)出連續(xù)的光在光陰極激發(fā)出光電子，所述光電子受電場作用而加速，然后射入閃爍體探測器中產生閃爍光脈沖，將所述閃爍光脈沖經集束光纖傳輸到低壓側的電子學系統(tǒng)產生電壓或電流脈沖；通過分時多道對所述電壓或電流脈沖的幅度進行測量，得到符合高斯分布的能譜，所述能譜的峰值處對應的能量正比于待測高壓的大小。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用具有統(tǒng)計分析能力的分時多道能譜測量技術，對產生的電壓或電流脈沖的幅度進行測量分析，具有光學結構簡單、光路控制要求較低、不易受到外界的影響、測量誤差較小、溫度穩(wěn)定性和壓力穩(wěn)定性都較好、量程較大、測量精度較高的特點。
圖1為本發(fā)明的具體實施方式
提供的基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明的具體實施方式
提供的基于電場加速電子能譜測量技術的直流特高壓測量系統(tǒng)的結構示意圖；圖3為本發(fā)明的實施例1中的基于電場加速電子能譜測量技術的直流特高壓測量系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式本具體實施方式
提供了一種基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法，如圖1所示，包括:步驟11，將待測高壓加在高真空電子加速管兩端的電極上形成加速電場，并通過激光光源發(fā)出連續(xù)的光在光陰極激發(fā)出光電子，所述光電子受電場作用而加速，然后射入閃爍體探測器中產生閃爍光脈沖，將所述閃爍光脈沖經集束光纖傳輸到低壓側的電子學系統(tǒng)產生電壓或電流脈沖；步驟12，通過分時多道對所述電壓或電流脈沖的幅度進行測量，得到符合高斯分布的能譜，所述能譜的峰值處對應的能量正比于待測高壓的大小。本具體實施方式
的基本原理是:真空中的帶電粒子在電場中受到庫侖力的作用而加速運動，帶電粒子的能量增量正比于加速電場的電壓，如果能夠測量出加速后帶電粒子的能量，即可求得加速電場的電壓。因此本具體實施方式
采用類似于微型靜電加速器的測量裝置對初始能量基本為零的電子進行加速，加速后的電子進入探測器，再配合具有統(tǒng)計分析能力的分時多道能譜測量系統(tǒng)，最終實現對加速電壓的高精度測量。具體的，基于電場加速電子能譜測量的直流特高壓測量系統(tǒng)的基本結構如圖2所示:將待測高壓加在高真空電子加速管兩端的電極上，形成加速電場，利用激光光源發(fā)出連續(xù)的微弱光，不斷在光陰極激發(fā)出光電子，光電子受電場作用而加速，射入閃爍體探測器中產生閃爍光脈沖，閃爍光脈沖經集束光纖傳輸到低壓側的電子學系統(tǒng)產生電壓或電流脈沖。其中，激發(fā)出的光子可由光纖導入，接收的光電子可由接收集束光纖導出。由于微觀粒子的行為具有統(tǒng)計特性，因此輸出電壓脈沖的幅度也具有一定的統(tǒng)計分布。在獲得相應的電壓或電流脈沖后，本具體實施方式
采用具有統(tǒng)計分析能力的分時多道能譜測量技術，利用分時多道對這些脈沖的幅度進行測量分析，在統(tǒng)計數目足夠的前提下，將得到近似符合高斯分布的能譜，能譜的峰值處對應的能量正比于待測高壓的大小。這樣，通過測量一個能譜即可完成一次直流高壓的測定。而分時多道的另一個顯著特點在于能夠實時測量獲得一系列短時間段內的分時能譜，每一個分時能譜對應一次直流高壓的測量，實現了直流高壓的實時連續(xù)監(jiān)測。下面結合實施例對本具體實施方式
提供的基于微型電子加速器和能譜測量的高精度直流特高壓測量方法的原理及功能進行介紹。實施例1本實施例提供的基于電場加速電子能譜測量的直流特高壓測量系統(tǒng)的結構如圖3所示。主體為一個長為L的高真空電子加速管，兩端面內側分別固定光陰極和薄閃爍體。閃爍體后連接光導，光導末端有連接端子，供引出光纖連接。玻璃管外有絕緣套管兼作避光之用。在絕緣套管上有若干處開孔:面對光陰極處開孔，孔中固定高阻材料，供高壓電極通過玻璃與光陰極實現高阻連接；靠近光陰極處開孔，供激發(fā)光通過，孔中安放帶通濾波片，通帶與激發(fā)光波長一致；閃爍體引出光導處開孔，供閃爍光引出，同時該端與地相連接。本具體實施方式
具有以下的優(yōu)點和積極效果:I)、本具體實施方式
不僅有可以實現800keV電壓等級的測量，同時由于電子加速和電子能譜的測量可以在幾百MeV甚至更高能量上進行，因此本具體實施方式
為今后實現超高壓輸電的百萬伏甚至是數百萬伏電壓等級的實時高精度電壓監(jiān)測提供一條行之有效的全新技術途徑。2)、本具體實施方式
采取的方案是利用分時多道在一小段時間內(如幾ms)進行大計數量的統(tǒng)計測量從而得到一個分時能譜，對該能譜進行尋峰，則峰值所在的能量能夠精確正比于入射電子的能量，亦即待測高壓。由于這種方式并不以單次脈沖幅度測量的結果為準，而是通過對能譜進行尋峰的方式來計算待測高壓的，由粒子探測技術可知，作為影響探測系統(tǒng)固有能量分辨率的兩大主要因素，統(tǒng)計漲落和系統(tǒng)噪聲并不會導致能譜的峰值偏移，因此，采用分時能譜的方式后，高壓測量的精度大大提高。3)、激發(fā)光可由光纖導入，接收的閃爍光由接收集束光纖導出，實現了高壓側和低壓側的完全電氣隔離，同時高壓側除加速電極外無任何電子元件和金屬部件，絕緣性能好。4)、微型靜電加速器光陰極的自發(fā)熱電子發(fā)射也可以像光電子一樣被電場加速并參與電壓測量，這從根本上避免了環(huán)境溫度的變化對測量系統(tǒng)的影響。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法，其特征在于，包括: 將待測高壓加在高真空電子加速管兩端的電極上形成加速電場，并通過激光光源發(fā)出連續(xù)的光在光陰極激發(fā)出光電子，所述光電子受電場作用而加速，然后射入閃爍體探測器中產生閃爍光脈沖，將所述閃爍光脈沖經集束光纖傳輸到低壓側的電子學系統(tǒng)產生電壓或電流脈沖； 通過分時多道對所述電壓或電流脈沖的幅度進行測量，得到符合高斯分布的能譜，所述能譜的峰值處對應的能量正比于待測高壓的大小。
2.根據權利要求1所述的基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法，其特征在于，激發(fā)出的所述光子由光纖導入，接收的所述光電子由接收集束光纖導出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于微型電子加速器和能譜測量技術的高精度直流特高壓測量方法，包括將待測高壓加在高真空電子加速管兩端的電極上形成加速電場，并通過激光光源發(fā)出連續(xù)的光在光陰極激發(fā)出光電子，所述光電子受電場作用而加速，然后射入閃爍體探測器中產生閃爍光脈沖，將所述閃爍光脈沖經集束光纖傳輸到低壓側的電子學系統(tǒng)產生電壓或電流脈沖；通過分時多道對所述電壓或電流脈沖的幅度進行測量，得到符合高斯分布的能譜，所述能譜的峰值處對應的能量正比于待測高壓的大小。本發(fā)明具有光學結構簡單、光路控制要求較低、不易受到外界的影響、測量誤差較小、溫度穩(wěn)定性和壓力穩(wěn)定性都較好、量程較大、測量精度較高的特點。
文檔編號G01R31/02GK103207316SQ20121001305
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權日2012年1月16日
發(fā)明者陰澤杰, 李世平 申請人:中國科學技術大學