用于周期電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的自動(dòng)均分移相檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種適用于任意波形周期電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的自動(dòng)均分移相檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力、電子設(shè)備內(nèi)部的絕緣材料在長(zhǎng)期運(yùn)行中不可避免的會(huì)產(chǎn)生空間電荷積累，當(dāng)空間電荷積累達(dá)到一定程度后，絕緣材料內(nèi)部的電場(chǎng)將發(fā)生嚴(yán)重畸變，從而加速絕緣材料的老化，影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前絕緣材料內(nèi)空間電荷測(cè)量技術(shù)正在逐步發(fā)展，但是主要集中在直流電場(chǎng)下的檢測(cè)，而周期性電場(chǎng)下的檢測(cè)比較復(fù)雜，發(fā)展相對(duì)緩慢。
[0003]限制周期性電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的技術(shù)瓶頸在于激勵(lì)源頻率，由于工頻等周期性電場(chǎng)下試樣內(nèi)部的空間電荷分布變化很快，要獲得不同相位的空間電荷分布，需要在不同相位施加激勵(lì)信號(hào)，且檢測(cè)相位越多，激勵(lì)頻率要求越高，因此傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)中需要激勵(lì)源輸出的激勵(lì)頻率必須很大于電場(chǎng)頻率。
[0004]為克服激勵(lì)源頻率的限制，國(guó)內(nèi)外曾提出配置移相電路的方法以調(diào)整激勵(lì)源輸出激勵(lì)和周期電場(chǎng)的相位關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)不同相位的空間電荷測(cè)量，但移相電路存在以下幾個(gè)缺陷:1)調(diào)整需要手動(dòng)控制，不同檢測(cè)相位間的間距很難保證相等，故移相精度不高，且手動(dòng)控制操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、效率低；2)激勵(lì)頻率要求高于周期電場(chǎng)頻率，無(wú)法適用于高頻周期電場(chǎng)的檢測(cè)；3)采用現(xiàn)有移相電路技術(shù)，最高相位分辨率一般在20°左右，且僅適合于交流電場(chǎng)下的簡(jiǎn)單波形，對(duì)其他波形的周期電場(chǎng)，移相電路過(guò)于復(fù)雜，設(shè)計(jì)困難且成本過(guò)高。因此為實(shí)現(xiàn)交流、方波和其他波形周期電場(chǎng)下的空間電荷測(cè)量，同時(shí)為了提高測(cè)量的相位分辨率，必須采用新的測(cè)量技術(shù)。
[0005]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN103605008A，公開(kāi)(公告)日2014.02.26，公開(kāi)了一種基于電聲脈沖法的高壓電纜空間電荷測(cè)量系統(tǒng)和方法，其特點(diǎn)是，高壓脈沖源與高壓電容串聯(lián)后接試樣兩端的測(cè)量電極，高壓電源通過(guò)限流電阻也連接試樣上下端的測(cè)量電極，壓電傳感器緊貼在下測(cè)量電極，壓電傳感器采集應(yīng)力波信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后送計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)，交流高壓電源接相位檢測(cè)單元，相位檢測(cè)電路輸出同步控制信號(hào)到高壓脈沖源的脈沖發(fā)生單元，高壓電源通過(guò)電極在電力電纜的絕緣層中形成的空間電荷，再通過(guò)高壓脈沖源使電力電纜絕緣中電荷產(chǎn)生擾動(dòng)，形成動(dòng)態(tài)應(yīng)力波，測(cè)量系統(tǒng)采集壓力傳感器信號(hào)，分析出電力電纜空間電荷分布情況。該技術(shù)與本發(fā)明相比，其采用的相位檢測(cè)單元由電路控制，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜且移相操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，僅適用于簡(jiǎn)單的工頻交流電場(chǎng)，另外高壓脈沖頻率必須高于交流電場(chǎng)頻率，因此在其它波形周期電場(chǎng)下的空間電荷檢測(cè)中適應(yīng)性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種適用于任意波形周期電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的自動(dòng)均分移相檢測(cè)系統(tǒng)，利用周期電場(chǎng)和激勵(lì)信號(hào)頻率的非整倍數(shù)特性，實(shí)現(xiàn)不同波形周期電場(chǎng)下不同相位的空間電荷自動(dòng)均分移相檢測(cè)，不僅能夠提高空間電荷測(cè)量的相位分辨率，縮短移相掃描周期，而且對(duì)激勵(lì)信號(hào)的頻率范圍并無(wú)要求。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明包括:任意波形函數(shù)發(fā)生器、高壓電源、激勵(lì)模塊、空間電荷檢測(cè)模塊、電阻分壓器和處理單元，其中:任意波形函數(shù)發(fā)生器的第一信號(hào)輸出端與高壓電源的輸入控制端相連并傳輸任意波形信號(hào)，任意波形函數(shù)發(fā)生器的第二信號(hào)輸出端與激勵(lì)模塊的輸入控制端相連并傳輸激勵(lì)觸發(fā)信號(hào)，高壓電源的輸出端分別與空間電荷檢測(cè)模塊和電阻分壓器的高壓輸入端相連并傳輸任意波形周期電場(chǎng)信號(hào)，激勵(lì)模塊輸出端和空間電荷檢測(cè)模塊相連并提供激勵(lì)信號(hào)，空間電荷檢測(cè)模塊的輸出端與處理單元相連并傳輸表征空間電荷信息的電壓信號(hào)，電阻分壓器的輸出端與處理單元相連并傳輸表征任意波形周期電場(chǎng)相位信息的電壓信號(hào)。
[0009]所述的自動(dòng)均分移相是指高壓電源與激勵(lì)模塊頻率值滿足特征方程N(yùn)a/fa= Np/fp，其中:fdPf p分別是高壓電源和激勵(lì)模塊的頻率值，兩者為非整數(shù)倍關(guān)系；?^和1^分別是完成一個(gè)自動(dòng)均分移相掃描周期所需的高壓電源最小整周期數(shù)和激勵(lì)模塊激勵(lì)數(shù)。
[0010]所述的自動(dòng)移相檢測(cè)系統(tǒng)的相位分辨率為2 31 /Np，完成單次自動(dòng)均分移相掃描的周期時(shí)間為Na/fa。
[0011]所述的空間電荷檢測(cè)模塊包括:電極系統(tǒng)、待測(cè)試樣和電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化電路，其中:電極系統(tǒng)分別與高壓電源和激勵(lì)模塊相連，待測(cè)試樣置于電極系統(tǒng)中，電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化電路將待測(cè)試樣內(nèi)部形成的表征空間電荷信息的非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
[0012]所述的處理單元包括:信號(hào)測(cè)量裝置和空間電荷分析單元，其中:信號(hào)測(cè)量裝置的兩輸入端分別與空間電荷檢測(cè)模塊的電信號(hào)轉(zhuǎn)化電路和電阻分壓器相連，信號(hào)測(cè)量裝置的輸出端與空間電荷分析單元相連并傳輸表征任意波形周期電場(chǎng)相位和空間電荷信息的電壓信號(hào)。
技術(shù)效果
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0014]I)不需要復(fù)雜的移相電路，僅利用高壓電源的周期電場(chǎng)頻率和激勵(lì)頻率為非整倍數(shù)時(shí)，各自通過(guò)整數(shù)個(gè)周期后可實(shí)現(xiàn)某一相位點(diǎn)同步的特性，實(shí)現(xiàn)周期電場(chǎng)下空間電荷的自動(dòng)均分移相，從而縮短了空間電荷測(cè)量時(shí)間，提高了空間電荷測(cè)量的相位分辨率；
[0015]2)空間電荷激勵(lì)源輸出的激勵(lì)頻率可不受高壓電源頻率的限制，其在低于高壓電源頻率時(shí)亦能實(shí)現(xiàn)不同相位的空間電荷測(cè)量；
[0016]3)高壓電源輸出的周期電場(chǎng)波形不受限制，能夠?qū)崿F(xiàn)任意波形周期電場(chǎng)下的空間電荷測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明裝置的框架圖；
[0018]圖2為激勵(lì)特征序列實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)均分移相示意圖；
[0019]圖3為待測(cè)試樣在50Hz交流電場(chǎng)下不同激勵(lì)頻率測(cè)量獲得的空間電荷分布示意圖，其中:(a)為高壓電源輸出的交流波波形，(b)激勵(lì)頻率25.5Hz，相位分辨率7.06°，自動(dòng)均分移相掃描周期2s’ (c)激勵(lì)頻率1010Hz，相位分辨率3.56°，自動(dòng)均分移相掃描周期0.1s, (d)激勵(lì)頻率1001Hz，相位分辨率0.36°，自動(dòng)均分移相掃描周期Is ;
[0020]圖4為待測(cè)試樣在50Hz方波電場(chǎng)下測(cè)量獲得的空間電荷分布示意圖，其中:(a)為高壓電源輸出的方波波形，(b)激勵(lì)頻率100IHz，相位分辨率0.36°，自動(dòng)均分移相掃描周期Is。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例采用的試樣、器件及其具體參數(shù)為:待測(cè)試樣42材料為低密度聚乙烯，厚度為350 μ m ;高壓電源2輸出交流電壓，頻率〔為50Hz，峰峰值10kV，如圖3 (a)所示；激勵(lì)模塊3采用高壓電脈沖源，幅值lkV，頻率fp為高壓電源2頻率f a的非整倍數(shù)，分別設(shè)置了 25.5Hz，1010Hz，1001Hz三個(gè)不同的高壓電脈沖頻率，空間電荷分布檢測(cè)結(jié)果如圖3(b)-(c)所示；空間電荷檢測(cè)模塊4的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化電路43采用電聲脈沖法原理檢測(cè)。
[0023]如圖1所示，本實(shí)施例包括:任意波形函數(shù)發(fā)生器1、高壓電源2、激勵(lì)模塊3、空間電荷檢測(cè)模塊4、電阻分壓器5和處理單元6，其中:任意波形函數(shù)發(fā)生器I的第一信號(hào)輸出端與高壓電源2的輸入控制端相連并傳輸任意波形信號(hào)，任意波形函數(shù)發(fā)生器I的第二信號(hào)輸出端與激勵(lì)模塊3的輸入控制端相連并傳輸激勵(lì)觸發(fā)信號(hào)，高壓電源2為空間電荷檢測(cè)模塊4提供任意波形周期電場(chǎng)，高壓電源2與電阻分壓器5的高壓輸入端相連并傳輸任意波形周期電場(chǎng)信號(hào)，激勵(lì)模塊3的輸出端與空間電荷檢測(cè)模塊4相連并提供激勵(lì)信號(hào)，空間電荷檢測(cè)模塊4的輸出端與處理單元6相連并傳輸表征空間電荷信息的電壓信號(hào)，電阻分壓器5的輸出端與處理單元6相連并傳輸表征任意波形周期電場(chǎng)