基于光学方法的低密度聚乙烯空间电荷测量研究

摘要

近几十年来，聚合物绝缘电介质在电力领域得到越来越广泛的应用。电气行业的快速发展对这类固体电介质的电性能要求越来越高。电介质材料的空间电荷行为直接影响其电性能。目前，传统的空间电荷无损检测方法和技术已经发展的较为成熟，并且较为广泛地用于绝缘材料研究等方面。由于测量系统的带宽限制，这些检测手段的空间分辨率只能达到微米尺度。因此，为了研究更小尺度内的空间电荷行为，提出一种新的空间电荷测量方法就显得尤为重要。
　　本文提出了一种全光学方法测量低密度聚乙烯(LDPE)空间电荷的方案，即利用脉冲光电场与注入电荷的LDPE发生作用，利用应力双折射效应检测弹性波。对光电场与物质作用以及应力双折射效应的原理做了简要分析，提出了一种LDPE表面旋涂电光聚合物的试样结构。阐述了方案提出的测量系统的具体工作过程，并对方案可能存在的问题进行了分析。
　　实现光学方法测量LDPE空间电荷的前提是脉冲光电场能够与介质内部的空间电荷发生作用。为了验证这一假设，本文搭建了验证试验平台系统，利用脉冲激光作为激发光，使用脉冲电声(PEA)法空间电荷测试系统的检测部分进行测量。分析了脉冲光的偏振状态和在试样表面的入射角度，并对光电场进行了计算。验证试验的结果与PEA系统测量LDPE空间电荷分布的结果进行比较，表明脉冲光电场可以与注入电荷的LDPE作用产生弹性波。
　　本文利用搭建的验证试验系统，通过改变激发光的波长和入射在LDPE表面的角度，得到不同脉冲光电场下的系统输出电压。分析了光波长和入射角对系统输出电压的影响，并对反映试样内部空间电荷的信号进行了提取。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．1．1 常用的空间电荷分布测量方法

1．1．2 空间分辨率

1．2 国内外研究现状

1．3 本课题的主要研究内容

第2章 基于光学方法的空间电荷测量系统方案设计

2．1 光与物质作用的基本原理

2．1．1 光电磁波的波动方程

2．1．2 光电磁波在电介质中的传播

2．1．3 光与中性原子作用产生的力

2．1．4 脉冲电场与电荷作用产生的力

2．1．5 应力双折射效应

2．2 基于光学方法的空间电荷测量方案

2．2．1 测量系统方案

2．2．2 方案分析

2．3 本章小结

第3章 光电场与空间电荷作用的试验系统与验证

3．1 PEA方法测量LDPE的空间电荷

3．1．1 空间电荷形成的机理

3．1．2 试样的制备和测试设备

3．1．3 实验结果与分析

3．2 光电场与空间电荷作用的验证试验

3．2．1 验证试验系统的搭建

3．2．2 脉冲光电场的计算

3．2．3 光电场与LDPE空间电荷的试验过程

3．2．4 实验结果讨论与分析

3．3 本章小结

第4章 光电场与LDPE空间电荷的作用及信号提取

4．1 激发光入射角和波长的改变对测量结果的影响

4．1．1 激发光入射角的改变对测量结果的影响

4．1．2 激发光波长的改变对测量结果的影响

4．2 空间电荷信息的提取

4．3 本章小结

结论

参考文献

致谢