一种直流或交流场下的空间电荷测量系统

冲电声法(PEA)直流或交流场下的空间电荷测量系统

工作原理//////////////////////////////////////////////////////////

在绝缘材料样品的电极之间施加周期性的高压脉冲。这种脉冲的特点是上升时间很快，持续时间很短。绝缘材料的试样也要经受高压直流电(等级取决于试样的厚度和形状)，这会导致绝缘材料层中的空间电荷积聚。每个脉冲产生的电场扰动绝缘材料中的内部电荷。这些电荷在每一层都产生相应的声压波。压电传感器检测声波，利用传感器信号获得空间电荷分布。为了描述空间电荷分布及其时间特性，可以对施加每个高压脉冲后检测到的此类信号进行详 细分析。 目前，绝大多数的电声脉冲法(pulsed electro- acoustic method，PEA)空间电荷测量装置均使用 β相的聚偏 氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)有机聚合物薄膜作为压电传感器。在温度低于 90℃时，PVDF 才能保持其压 电性能稳定。在 70℃~90℃范围内，其压电应变常数(d33)随温度升高反而减小。因此，现有的绝大多数空间电荷测量 只在 70℃以内进行。日本武藏工业大学Tatsuo Takada教授的课题组采用过铌酸锂(LiNbO3)压电元件，开发了适用于高温(可高达150℃)时 PEA 法空间电荷测量装置。由于加工工艺和成本的限制，很难获得厚度小于50μm的LiNbO3 压电晶片。与 PVDF 等 有机聚合物传感器相比，虽然无机晶体LiNbO3 适用温度高，并且声波透射系数大(以铝板作为下电极时)，但是压电电压常数小、性能综合评价系数低、难加工成很薄的压电晶片。华测仪器选择新型耐高温共聚物压电传感器、重新设计电极 系统，开发了适用于高温下(≤110℃)的PEA 法空间电荷测量系统，分析了温度对压电传感器性能、声信号的传播特 性和穿过介质特性的影响，得出了对放大器输出的电压信号和空间电荷密度值的影响因素，进而校正了温度对 PEA 测量系统的影响。利用建立的高温 PEA 法空间电荷测量系统，测量了纯环氧试样在不同温度下空间电荷产生、积聚及消散的特性。

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