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1、(10)申请公布号 CN 103576005 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103576005 A (21)申请号 201310601186.1 (22)申请日 2013.11.25 G01R 29/24(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 兰莉 吴建东 张倩 尹毅 (74)专利代理机构 上海交达专利事务所 31201 代理人 王毓理 王锡麟 (54) 发明名称 针 - 板电极固体介质空间电荷测量系统 (57) 摘要 一种电变量测量领域的针 - 板电极固体介质 空间电荷测量系统， 包括 ： 针。
2、电极、 绝缘件、 固定 夹具、 下电极板、 压电薄膜、 声波吸收层和屏蔽盒， 其中 ： 绝缘件固定于固定夹具上， 被测固体样品 定位于下电极板的上表面中部， 针电极穿过绝缘 件的中心通孔插入被测固体样品， 下电极板与固 定夹具的下方连接， 下电极板的下表面中部设压 电薄膜， 该压电薄膜的位置与被测固体样品相对 应， 声波吸收层设置于压电薄膜的下方且两者均 设于屏蔽盒内。 本发明能够实现不同截面、 不同厚 度的固体介质中空间电荷的测量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页。
3、 附图2页 (10)申请公布号 CN 103576005 A CN 103576005 A 1/1 页 2 1. 一种针 - 板电极固体介质空间电荷测量系统， 其特征在于， 包括 ： 针电极、 绝缘件、 固定夹具、 下电极板、 压电薄膜、 声波吸收层和屏蔽盒， 其中 ： 绝缘件固定于固定夹具上， 被 测固体样品定位于下电极板的上表面中部， 针电极穿过绝缘件的中心通孔插入被测固体样 品， 下电极板与固定夹具的下方连接， 压电薄膜位于下电极板的下表面中部并正对与被测 固体样品， 声波吸收层设置于压电薄膜的下方且两者均设于屏蔽盒内 ； 所述的下电极板的下表面中部开有圆环凹槽， 该圆环凹槽的中心位置与。
4、对中垫片的中 心位置相对应， 屏蔽盒由该圆环凹槽与下电极板相固定。 2. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的固定夹具的两侧设螺杆， 并由螺杆与 位于其下方的下电极板相连， 两者的距离由螺杆调节。 3. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的下电极板的上表面中部设对中垫片， 该对中垫片的中部开有与被测固体样品的截面形状相适应的通孔。 4. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的对中垫片的直径范围是 20mm-30mm， 深度范围是 1mm-3mm。 5. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的圆环凹槽的外径范围是 25mm-35mm， 圆环凹槽。
5、的内径范围是 10mm-20mm。 6. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的针电极的顶部设金属均压球。 7. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的绝缘件为凸字形结构且嵌套于固定 夹具的凸字形孔中。 8. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的屏蔽盒为双层嵌套结构， 内层为绝缘 圆管， 该绝缘圆管的内径与下电极板的圆环凹槽的内径相同 ； 外层为金属圆管， 该金属圆管 的外径与下电极板的圆环凹槽的外径相同。 9. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的屏蔽盒的下端设有金属圆盖， 其外径 与金属圆管的外径相同。 权 利 要 求 书 CN 1035。
6、76005 A 2 1/3 页 3 针 - 板电极固体介质空间电荷测量系统 技术领域 0001 本发明涉及的是一种电变量测量领域的装置， 具体是一种针 - 板电极固体介质空 间电荷测量系统。 背景技术 0002 针 - 板电极系统在电介质绝缘性能的研究过程中应用非常广泛， 主要被用于研究 介质在极不均匀电场下的放电机理和老化过程。对于针 - 板电极下介质内部的电荷输运和 电场分布， 目前只能通过仿真计算进行预测， 无法实现实际测量， 这对绝缘介质老化机理的 研究造成了障碍。 0003 电声脉冲法是一种比较成熟的用于固体介质绝缘性能研究的无损测量方法， 可以 测量高压直流电场作用下的绝缘材料中的。
7、电荷行为， 并且可以通过后期计算得出材料中的 电场分布。目前这一方法已经成功用于平板电极和同轴电极下固体介质的空间电荷测量， 但对针 - 板电极系统下固体介质的测量还未见报道。 0004 经过对现有技术的检索发现， 中国专利文献号 CN2413294， 公开日 2001-01-03， 记 载了一种固体电介质材料中空间电荷分布的测量装置， 由试样测试腔、 声电 / 电声转换器， 高速电信号发生器、 高压电信号发生器、 高压直流电源、 高阻输入放大器、 低阻输入放大器、 示波器和计算机组成。但该技术的上下电极均为平板电极， 用于研究固体介质在均匀电场 下的空间电荷分布。 发明内容 0005 本发明。
8、针对现有技术存在的上述不足， 提供一种针 - 板电极固体介质空间电荷测 量系统， 其上电极采用的是针尖电极， 可以测量固体介质在针 - 板电极构成的极不均匀电 场下的空间电荷分布， 并能够实现不同截面、 不同厚度的固体介质中空间电荷的测量。 0006 本发明是通过以下技术方案实现的， 本发明包括 ： 针电极、 绝缘件、 固定夹具、 下电 极板、 压电薄膜、 声波吸收层和屏蔽盒， 其中 ： 绝缘件固定于固定夹具上， 被测固体样品定位 于下电极板的上表面中部， 针电极穿过绝缘件的中心通孔插入被测固体样品， 下电极板与 固定夹具的下方连接， 压电薄膜位于下电极板的下表面中部并正对与被测固体样品， 声。
9、波 吸收层设置于压电薄膜的下方且两者均设于屏蔽盒内。 0007 所述的固定夹具的两侧设螺杆， 并由螺杆与位于其下方的下电极板相连， 两者的 距离由螺杆调节。 0008 所述的下电极板的上表面中部设对中垫片， 该对中垫片的中部开有与被测固体样 品的截面形状相适应的通孔。 0009 所述的对中垫片的直径范围是 20mm-30mm， 深度范围是 1mm-3mm。 0010 所述的下电极板的下表面中部开有圆环凹槽， 该圆环凹槽的中心位置与对中垫片 的中心位置相对应， 屏蔽盒由该圆环凹槽与下电极板相固定。 0011 所述的圆环凹槽的外径范围是 25mm-35mm， 圆环凹槽的内径范围是 10mm-20m。
10、m。 说 明 书 CN 103576005 A 3 2/3 页 4 0012 所述的针电极的顶部设金属均压球。 0013 所述的绝缘件为凸字形结构且嵌套于固定夹具的凸字形孔中。 0014 所述的绝缘件的上表面的直径是 20mm， 下表面的直径是 40mm， 高度是 20mm， 其中 凸出部分的高度是 15mm。 0015 所述的绝缘件的中心通孔的直径为 2mm。 0016 所述的固定夹具的凸字形孔的上端的直径是 20mm， 下端的直径是 40mm， 下端的深 度是 5mm。 0017 所述的屏蔽盒为双层嵌套结构， 内层为绝缘圆管， 该绝缘圆管的内径与下电极板 的圆环凹槽的内径相同 ； 外层为金。
11、属圆管， 该金属圆管的外径与下电极板的圆环凹槽的外 径相同。 0018 所述的屏蔽盒的下端设有金属圆盖， 其外径与金属圆管的外径相同。 0019 所述的压电薄膜为平板结构， 声波吸收层为平板结构。 0020 所述的绝缘件、 对中垫片和绝缘圆管的材质均为聚四氟乙烯， 声波吸收层的材质 为有机玻璃。 0021 所述的下电极板的材质为铝。 有益效果 0022 本发明固定夹具的位置可调节， 因而可以根据需要改变针电极与下电极板之间的 距离， 适用于不同厚度的样品 ； 对中垫片的中部采用形状不同通孔， 实现不同截面样品的测 量。 附图说明 0023 图 1 为本发明的结构示意图 ； 0024 图 2 为。
12、实施例 1 中下电极板的圆形浅槽示意图 ； 0025 图 3 为实施例 1 中对中垫片的方形通孔示意图 ； 0026 图 4 为实施例 1 中下电极板的圆环凹槽示意图。 具体实施方式 0027 下面对本发明的实施例作详细说明， 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例 1 0028 如图1所示， 本实施例包括 ： 针电极2、 绝缘件3、 固定夹具5、 下电极板8、 压电薄膜 9、 声波吸收层 10 和屏蔽盒 11， 其中 ： 绝缘件 3 固定于固定夹具 5 上， 被测固体样品 6 定位 于下电极板 。
13、8 的上表面中部， 针电极 2 穿过绝缘件 3 的中心通孔插入被测固体样品 6， 下电 极板 8 与固定夹具 5 的下方连接， 下电极板 8 的下表面中部设压电薄膜 9， 该压电薄膜 9 的 位置与被测固体样品 6 相对应， 声波吸收层 10 设置于压电薄膜 9 的下方且两者均设于屏蔽 盒 11 内。 0029 所述的固定夹具 5 的两侧设螺杆 4， 并由螺杆 4 与位于其下方的下电极板 8 相连， 两者的距离由螺杆 4 及其配合的螺母调节。 说 明 书 CN 103576005 A 4 3/3 页 5 0030 所述的下电极板8的上表面中部设对中垫片7， 该对中垫片7的中部开有与被测固 体样。
14、品 6 的截面形状相适应的通孔。 0031 如图 2 所示， 本实施例中， 下电极板 8 的上表面中部开一个圆形浅槽 12 用来设置 对中垫片 7， 如图 3 所示， 对中垫片 7 的中部开有一个方形通孔 13， 与本实施例的被测固体 样品 6 的截面相适应。 0032 所述的对中垫片 7 的直径范围是 20mm-30mm， 深度范围是 1mm-3mm。 0033 如图 4 所示， 所述的下电极板 8 的下表面中部开有圆环凹槽 14， 该圆环凹槽 14 的 中心位置与对中垫片 7 的中心位置相对应， 屏蔽盒 11 由该圆环凹槽 14 与下电极板 8 相固 定。 0034 所述的圆环凹槽 14 。
15、的外径范围是 25mm-35mm， 圆环凹槽 14 的内径范围是 10mm-20mm。 0035 所述的针电极 2 的顶部设金属均压球 1。 0036 所述的绝缘件 3 为凸字形结构且嵌套于固定夹具 5 的凸字形孔中。 0037 所述的绝缘件3的上表面的直径是20mm， 下表面的直径是40mm， 高度是20mm， 其中 凸出部分的高度是 15mm。 0038 所述的绝缘件 3 的中心通孔的直径为 2mm。 0039 所述的固定夹具 5 的凸字形孔的上端的直径是 20mm， 下端的直径是 40mm， 下端的 深度是 5mm。 0040 所述的屏蔽盒 11 为双层嵌套结构， 内层为绝缘圆管， 该绝。
16、缘圆管的内径与下电极 板 8 的圆环凹槽 14 的内径相同 ； 外层为金属圆管， 该金属圆管的外径与下电极板 8 的圆环 凹槽 14 的外径相同。 0041 所述的屏蔽盒 11 的下端设有金属圆盖， 其外径与金属圆管的外径相同。 0042 压电薄膜 9 为平板结构， 声波吸收层 10 为平板结构。 0043 本实施例中， 所述的绝缘件 3、 对中垫片 7 和绝缘圆管的材质均为聚四氟乙烯， 声 波吸收层 10 的材质为有机玻璃。 0044 本实施例中， 下电极板 8 的材质为铝。 0045 测量时， 将被测固体样品6置于对中垫片7中间的方形通孔13中， 依靠对中垫片7 实现对中， 并在被测固体样。
17、品 6 的底面与下电极板 8 之间滴少许硅油来提高接触效果。利 用中心嵌套绝缘件 3 的固定夹具 5 将被测固体样品 6 固定在下电极板 8 上。将针电极 2 通 过绝缘件 3 中心的通孔插入被测固体样品 6 的中心， 金属均压球 1 与针电极 2 的顶端相连。 测量时， 在针电极2的顶端施加一个纳秒级电压脉冲， 则被测固体样品6内部的空间电荷在 电压脉冲的作用下产生振动， 发出机械波信号， 该机械波信号通过下电极板 8 被压电薄膜 9 接收， 压电薄膜 9 将接收到的机械波信号转换为电压信号， 该电压信号可以反映被测固体 试样 6 内部的空间电荷分布。透过压电薄膜的剩余机械波信号被声波吸收层 10 吸收。 说 明 书 CN 103576005 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103576005 A 6 2/2 页 7 图 4 说 明 书 附 图 CN 103576005 A 7 。