CN112763812B - 一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统 - Google Patents

Abstract

一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，包括有可视化箱体；可视化箱体内设有试样放置平台，试样放置平台的一端连接有静电测试平台，试样放置平台的另一端连接有放电平台；将样品放置在铜盘电极上，关闭箱体操作口；通过X轴步进电机控制铜盘电极在X轴导轨上移动，试样移动至钼丝的正下方；利用Y1轴步进电机控制Y1轴导轨上的连接件a在Y1轴导轨上移动，对样品进行放电处理；通过X轴步进电机控制铜盘电极在X轴导轨上移动，将试样移动至静电测量棒的下方；通过Y2轴步进电机控制Y2轴导轨，使连接件b带动静电测量棒沿着Y2轴导轨移动，扫描整个试样的表面，将结果上传至上机位；具有测量效率高、测量时间短，结果准确的特点。

Description

一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统

技术领域

本发明属于静电测量技术领域，具体涉及一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，用于固体绝缘材料表面电荷的测量。

背景技术

在任何高压绝缘系统中，固体介质被用作应力导体的支撑。在压缩SF6气体或真空绝缘系统中，当存在高电场时，固体介质上的电荷积聚会严重影响表面放电和绝缘特性，尤其是直流设备。如果这些沉积的电荷量很大，则会由于局部场畸变而导致绝缘的过应力，并最终引发闪络或击穿。因此，高精度地获得固体介质表面电荷是非常重要的。

在过去几十年里，在这方面取得了巨大进展，目前常用的表面电荷测量方法有尘埃图法、Pockels效应法、静电探头法。最早评估表面电荷分布的方法是所谓尘埃图法。这种方法可以粗略估计表面电荷密度及其极性，但要定量地得到表面电荷是不可能的。Pockels效应法是测量精度比较高同时又有较高的分辨率，但是技术比较复杂。静电探头法是应用比较广的方法，此方法操作简单，成本低且容易进行。但是之前的探头法都是点对点测量，这样的话测量绝缘材料整个表面所花费的时间比较多，而在此期间表面电荷会逐渐衰退，导致测量结果存在误差。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，可以同时在放电结束后测量绝缘材料的表面电荷，提高测量的效率，减小整个的测量时间，获得更准确的结果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，包括有可视化箱体1、试样放置平台、放电平台、静电测试平台和上机位；可视化箱体内部的底面设置有试样放置平台，试样放置平台的一端连接有静电测试平台，试样放置平台的另一端连接有放电平台。

所述的可视化箱体上设有密封插件接口。

所述的密封插件接口包括步进电机密封接口，放电棒电源接口和静电测量棒接口。

所述的试样放置平台包括龙门支架a，龙门支架a上设置有X轴导轨，X轴导轨上设置有铜盘电极，铜盘电极的侧壁连接有X轴步进电机，X轴步进电机与设置于可视化箱体上的步进电机密封接口2连接，步进电机密封接口与上位机连接。

所述的放电平台包括龙门支架b，龙门支架b的一端与龙门支架a的另一端垂直连接，龙门支架b的另一端上水平设置有Y1轴导轨，Y1轴导轨通过连接件a与放电装置连接，放电装置上的外部电源接线柱与设置于可视化箱体上的放电棒电源接口连接，放电棒电源接口与电源连接。

所述的放电装置由钼丝、聚四氟乙烯支架和外部电源接线柱组成；用聚四氟乙烯支架将钼丝的两端固定住，其中钼丝的右端接在外部电源接线柱上。

所述的静电测量平台包括龙门支架c，龙门支架c的一端与龙门支架a的一端垂直连接，龙门支架c的另一端上水平设置有Y2轴导轨，Y2轴导轨通过连接件b与静电测量棒连接，连接件b的侧壁连接有Y2轴步进电机，Y2轴步进电机与步进电机密封接口连接，静电测量棒与设置于可视化箱体上的静电测量棒接口连接，静电测量棒接口与光纤传感器连接，光纤传感器与多通道光纤解调器连接，多通道光纤解调器与上机位连接。

所述的可视化箱体的侧壁上设置有箱体移动把手。

所述的静电测量棒由铜片和聚四氟乙烯材料组合而成。

本发明的有益效果在于：

本发明的测试系统相比于之前的测试系统，由于放电和测量一体化结构；所以可在放电完毕后，能够极大的缩短测量时间；由于在测量的时候采用光学测量，具有精确度高，抗干扰能力强；所以可在减少测量结果的误差，提高实验精度。

附图说明

图1是本发明一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统的结构示意图。

图2是本发明的放电平台，试样放置平台，静电测试平台的主视图。

图3是本发明的放电平台，试样放置平台，静电测试平台的左视图。

图4是本发明的放电平台，试样放置平台，静电测试平台的俯视图。

图5是本发明静电测量装置的连接示意图。

图6是本发明可视化箱体的侧视图。

图中：1-可视化箱体，2-步进电机密封接口，3-放电棒电源接口，4-静电测量棒接口，5-龙门支架a，6-龙门支架b，7-Y1轴导轨，8-Y1轴步进电机，9-连接件a，10-钼丝，11-外部电源接线柱，12-聚四氟乙烯支架，13-龙门支架c，14-X轴步进电机，15-Y2轴导轨，16-Y2轴步进电机，17-连接件b，18-静电测量棒，19-X轴导轨，20-铜盘电极，21-箱体操作口，22-聚四氟乙烯，23-导线，24-蜂鸣片，25-不锈钢，26-陶瓷插针，27-光纤，28-多通道光纤解调器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，包括可视化箱体1，可视化箱体1由真空玻璃制成，选择真空玻璃是用来有效防止箱体温度受外界环境温度影响。可视化箱体1内部的底面设置有试样放置平台，试样放置平台一端接由放电平台，另一端接有静电测量平台。静电测试平台、试样放置平台与上位机连接，放电平台与电源连接，可视化箱体5的一侧壁上设置有箱体操作口21。

试样放置平台包括龙门支架a5，龙门支架a5上设置有X轴导轨19，X轴导轨19上设置有铜盘电极20，铜盘电极20的侧壁连接有X轴步进电机14，X轴步进电机14与设置于可视化箱体上的步进电机密封接口2连接，步进电机密封接口2与上位机连接。

放电平台包括龙门支架b6，龙门支架b6的一端与龙门支架a5的另一端垂直连接，龙门支架b6的另一端上水平设置有Y1轴导轨7，Y1轴导轨7通过连接件a9与放电装置连接，放电装置包括钼丝10、外部电源接线柱11和聚四氟乙烯12组合而成。外部电源接线装置与设置于可视化箱体上的放电棒电源接口3连接，放电棒电源接口3与电源连接。

静电测量平台包括龙门支架c13，龙门支架c13的一端与龙门支架a5的一端垂直连接，龙门支架c13的另一端上水平设置有Y2轴导轨15，Y2轴导轨15通过连接件b17与静电测量棒18连接，连接件b17的侧壁连接有Y2轴步进电机16，Y2轴步进电机16与步进电机密封接口2连接，静电测量棒16与设置于可视化箱体上的静电测量棒接口4连接，静电测量棒接口4与光纤传感器连接，光纤传感器与多通道光纤解调器29连接，多通道光纤解调器29与上机位连接。

如图5所示，静电测量棒16由铜片和聚四氟乙烯22组合而成，每个铜片上都接有导线，使导线23连接到光纤传感器上的蜂鸣片24上，光纤传感器由蜂鸣片24，不锈钢管25，陶瓷插针26，光纤27构成；蜂鸣片24设在不锈钢管25顶端，不锈钢管25上的陶瓷插针26通过光纤27与多通道光纤解调器28相连；再由光纤27连接到多通道光纤解调器28，多通道光纤解调器28与上机位连接。测量的原理是将带电的试样放置在静电测量棒下，利用静电感应原理，铜片上产生感应电压，通过导线23将感应电压传输到蜂鸣片24上，利用逆压电效应，光纤传感器上的蜂鸣片24产生形变，从而使法珀腔腔长发生变化，腔长改变后使得陶瓷插针26上的接收的光学信号产生相位差，然后通过多通道光纤解调器28将光信号装换为电信号传到上机位。

一种集放电和测量一体的棒式表面电荷测量装置的工作过程为：打开箱体操作口21，将需要测量的样品放置在铜盘电极20上，关闭箱体操作口21；通过X轴步进电机14控制铜盘电极20在X轴导轨19上移动，将试样移动至钼丝10的正下方；利用Y1轴步进电机8控制Y1轴导轨7上的连接件a9在Y1轴导轨7上移动，对样品进行放电处理；待放电完成后，再次通过X轴步进电机14控制铜盘电极20在X轴导轨19上移动，将试样移动至静电测量棒18的下方，此时从俯视图看静电测量棒18在试样的下方；然后通过Y2轴步进电机16控制Y2轴导轨15，使Y2轴导轨15上的连接件b17带动静电测量棒18沿着Y2轴导轨15移动，扫描整个试样的表面，将扫描的结果通过多通道光纤解调器28上传至上机位。

Claims (8)

1.一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，其特征在于，包括有可视化箱体(1)、试样放置平台、放电平台、静电测试平台和上机位；可视化箱体(1)内部的底面设置有试样放置平台，试样放置平台的一端连接有静电测试平台，试样放置平台的另一端连接有放电平台；

所述的静电测试平台包括龙门支架c(13)，龙门支架c的一端与龙门支架a(5)的一端垂直连接，龙门支架c的另一端上水平设置有Y2轴导轨(15)，Y2轴导轨(15)通过连接件b(17)与静电测量棒(18)连接，连接件b(17)的侧壁连接有Y2轴步进电机(16)，Y2轴步进电机与步进电机密封接口(2)连接，静电测量棒(18)与设置于可视化箱体(1)上的静电测量棒接口连接，静电测量棒接口与光纤传感器连接，光纤传感器与多通道光纤解调器连接，多通道光纤解调器与上机位连接；

静电测量棒(18)由铜片和聚四氟乙烯(22)组合而成，每个铜片上都接有导线，使导线(23)连接到光纤传感器上的蜂鸣片(24)上，光纤传感器由蜂鸣片(24)，不锈钢管(25)，陶瓷插针(26)，光纤(27)构成；蜂鸣片(24)设在不锈钢管(25)顶端，不锈钢管(25)上的陶瓷插针(26)通过光纤(27)与多通道光纤解调器(28)相连；再由光纤(27)连接到多通道光纤解调器(28)，多通道光纤解调器(28)与上机位连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，其特征在于，所述的可视化箱体(1)上设有密封插件接口。

3.根据权利要求2所述的一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，其特征在于，所述的密封插件接口包括步进电机密封接口，放电棒电源接口和静电测量棒接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，其特征在于，所述的试样放置平台包括龙门支架a(5)，龙门支架a(5)上设置有X轴导轨，X轴导轨上设置有铜盘电极(20)，铜盘电极(20)的侧壁连接有X轴步进电机(14)，X轴步进电机(14)与设置于可视化箱体上的步进电机密封接口(2)连接，步进电机控制密封接口与上位机连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，其特征在于，所述的放电平台包括龙门支架b(6)，龙门支架b(6)的一端与龙门支架a(5)的另一端垂直连接，龙门支架b的另一端上水平设置有Y1轴导轨(7)，Y1轴导轨(7)通过连接件a(9)与放电装置连接，放电装置上的外部电源接线柱与设置于可视化箱体上的放电棒电源接口连接，放电棒电源接口与电源连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，其特征在于，所述的放电装置由钼丝(10)、聚四氟乙烯支架(12)和外部电源接线柱(11)组成；用聚四氟乙烯支架将钼丝的两端固定住，其中钼丝的右端接在外部电源接线柱上。

7.根据权利要求1所述的一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，其特征在于，所述的可视化箱体的侧壁上设置有箱体移动把手。

8.根据权利要求1所述的一种基于光学干涉原理的静电扫描测量系统，其特征在于，所述的静电测量棒由铜片和聚四氟乙烯材料组合而成。

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