温度梯度场对电声脉冲法空间电荷测量波形的影响

电力设备运行中的温升现象严重影响绝缘的使用寿命,因此高温下的空间电荷测量引起了许多学者的关注.但温度升高时,聚合物材料的声阻抗、Young模量、密度、声波在其中传播的速度、衰减特性均发生变化,因此无法准确测量出介质中的空间电荷特性.而对于温度梯度场下的绝缘介质(如电缆发热场)的空间电荷测量,温度的梯度分布对介质的声阻抗、弹性模量、密度、声速及声波衰减的影响将更为复杂.本文基于电声脉冲测量方法中声波的传播特性和温度对聚乙烯材料特性的影响,分析了温度梯度场对空间电荷测量结果的影响并进行了波形恢复.     

以能带理论诠释直流聚乙烯绝缘中空间电荷的形成和抑制机理

高压直流塑料交联聚乙烯电缆的研发难点是消除其中的空间电荷效应. 目前, 国内外学者普遍通过添加纳米粒子在聚乙烯体内形成深陷阱捕获电荷的机理来抑制电荷积聚, 但此抑制机理违背了电场的基本理论. 以能带理论全面阐述聚合物介质中空间电荷的形成和抑制机理, 从一级陷阱模型出发, 应用电荷入陷和脱陷动力方程, 推导了聚合物介质中空间电荷的形成过程. 在聚合物介质中引入深陷阱后, 介质Fermi能级位移, 电极与介质之间界面接触由Ohm接触转变为阻塞接触. 考虑到无定形相中大量的陷阱密度, 电荷耗尽区宽度小于100 Å, 电极与介质之间的界面对电子变得透明, 形成中性接触, 在电压作用下, 这种聚乙烯介质中不再可能形成空间电荷. 最后, 在纯聚乙烯和纳米改性后含有深陷阱的聚乙烯两种试样上, 分别测量了电导与电场强度的关系和空间电荷分布曲线, 实验结果符合理论推导. 关键词： 直流绝缘 能带理论 空间电荷 抑制机理     

用于电介质中空间电荷分布测量的Tikhonov反卷积算法

研究了使用压力波法测量平板电介质试样的空间电荷分布的数值解法,使用基于Tikhonov正则化方法的反卷积算法得到了真实的空间电荷分布.在反卷积算法中使用了相关的技术处理,如小波包过滤高频噪音,Tikhonov正则化方法处理积分方程等.利用数值实验研究了噪声对反卷积算法的影响,结果表明,在无噪或者低噪环境下,反卷积算法能够非常好地计算出电介质中的空间电荷分布;在处理有噪数据时,反卷积的结果受到明显的影响,但仍然有较高的计算精度.正则化参数α对空间电荷分布的数值解起着明显的光滑作用,但是对于解的积分值却影响不大.对实际测量数据进行处理的结果表明,反卷积算法成功地计算出了固体电介质中的空间电荷分布和电场分布.     

声脉冲法空间电荷测量系统的研究

气体中空间电荷的分布与电晕放电的机理紧密相关, 获取电晕放电过程中空间电荷分布对深入研究电晕放电起始、自持过程有着重要作用, 但是如何准确获得电晕放电过程中的空间电荷分布一直是国际上尚未解决的难题. 本文基于声脉冲法提出一种电场信号解耦算法, 推导了空间电荷在声场中被调制产生的电场信号与声脉冲信号和空间电荷密度之间的数值关系, 讨论了不同测量情况下声发射系统的设计要求; 搭建了一套可用于实时测量针板电极电晕放电空间电荷分布的非接触式测量系统, 该系统主要包括声脉冲发生模块、空间电荷模块及电场信号解耦算法模块. 运用该系统实现了声脉冲激发作用下电场信号的测量, 通过提出的电场信号解耦算法得到了空间电荷密度, 对其测量结果与电晕电流法测量结果进行比较, 验证了电场信号解耦算法的有效性. 该算法可以应用于空间电荷一维、二维和三维测量系统中.     

同轴结构中压力波法测量空间电荷分布的物理模型研究

从压力波法测量平板样本中空间电荷分布的理论分析出发,提出了对于同轴结构的固体电介质中空间电荷分布的压力波法测量的物理模型,并得出了测量电流的解析的数学表达式.依据泊松方程,考虑样品内的电场强度、介电常数和空间电荷密度随外界声波扰动而发生变化,将圆柱试样受到的压力波的影响分解成样品形变和质点位移两部分,进而得到了以同轴结构中空间电荷分布的压力波法测量的电压与电流表达式.测量电流的数学表达式表明,对于同轴结构,压力波法的测量电流信号不像平板结构中那样基本正比于空间电荷分布,而是应该做进一步的修正处理.     

迭代正则化方法求解电介质中空间电荷分布

首先介绍了迭代正则化方法的理论基础,建立了含有空间电荷密度分布的Fredholm第一类积分方程的反卷积算法,利用数值实验研究了加性高斯白噪声对迭代反卷积算法的影响,以及迭代停止标准对非适定问题的数值解的影响,最后使用该方法求解电介质样品中的空间电荷分布.结果表明,在无噪或者低噪环境下,反卷积算法能够非常好地计算出非适定问题的解.当噪声影响增大,信噪比降低时,反卷积的计算结果受到明显的影响.迭代停止标准对数值解的计算精度起着明显的作用.对实际测量数据进行处理表明,迭代正则化反卷积算法能够计算出固体电介质中的空间电荷分布.     

多孔聚四氟乙烯/氟代乙烯丙烯共聚物复合驻极体材料的压电效应研究

采用高温熔融和电晕充电方法制备了由聚四氟乙烯/氟代乙烯丙烯共聚物复合而成的空间电荷驻极体压电膜.借助准静态压电系数测量，研究了制备工艺对复合膜压电活性的影响.根据Kacprzyk等提出的复合驻极体膜的压电模型，结合等温表面电位衰减和压电系数衰减测量结果，讨论了驻极体复合膜系统中的压电性产生机制.结果表明，压电效应的大小不仅取决于俘获在材料中的电荷密度的大小，还与被俘获电荷在材料中的存在形式和分布有关. 关键词： 空间电荷驻极体 压电效应 聚合物复合膜     

用脉冲光声法测量固体介质中声速

提出了一种利用脉冲光声技术测量固体介质中声速的方法,建立了由YAG激光器和超声探测器组成的实验系统,脉冲激光在固体表面产生脉冲超声波,通过测量脉冲声波在固体内多次反射后的出射信号及固体的厚度,即可算出固体介质中的声速.对黄铜及铝的测量结果表明,这是一种准确性较高的固体介质中声速测量方法.该测量方法可作为综合设计性物理实...     

二极管泵浦Nd:YAG圆片激光技术研究

介绍了热容激光技术的发展历史及现状,介绍了固体激光器热容方式工作的基本原理,报道了二极管泵浦NdYAG圆片激光器热容方式工作的实验结果.用热像仪测量了激光器工作时增益介质通光面上的温度分布特性;采用干涉测量的方法测量了工作中的增益介质的与光束传输方向相垂直的方向上的折射率分布特性;结果表明片状固体增益介质热容方式工作对振荡光束波前畸变影响很小.给出了与光束传输方向相垂直的截面上增益介质的荧光分布.得到输出平均功率达47.5 W,此时的光-光转换效率为17%.     

Q有机聚合物材料中光生载流子传输的跳跃输运

本文描述了跳跃模型在有机聚合物光折变材料中空间电荷场理论上的应用.在Feinberg针对无机光折变晶体提出的电荷传输过程模型-跳跃模型(Hopping Model)基础上,根据有机聚合物光折变材料的特点,考虑了光生载流子产生过程中的电子空穴对的复合过程(对复合和双分子复合过程)和激发光场的频率(即激发光子的能量)对光生载流子产生的影响,给出了有机聚合物材料中光生载流子产生的量子效率和光生载流子的分布密度及其跳跃率的新表示,完成外加调制光场和静电场同时作用下有机聚合物材料中光生载流子传输的跳跃方程,得到空间电荷场建立的动态过程和稳态时的解析表达式及其数值计算结果.     

CFB顶部固体浓度的小波降噪ECT测量

应用电容层析成像(ECT)方法对循环流化床(CFB)顶部的固体浓度分布进行了测量;应用小波分析进行信号降噪和图像重建的改善.研究发现小波分析有双重作用:(1)降低ECT重建图像中的噪声;(2)对粗像素划分造成的图像粗燥边界产生平滑作用.数据显示了循环流化床顶部的固体浓度分布,尤其是角部和出口处的较高固体浓度.     

空间电荷和介质表面电荷对微放电演化过程的影响

微放电是制约航天器微波部件功率容量的主要瓶颈之一。以介质微波部件中典型的介质加载平行板波导为例,基于三维粒子模拟分别对仅考虑外加微波场（情况1）、考虑外加微波场和空间电荷（情况2）以及考虑外加微波场、空间电荷和介质表面电荷（情况3）三种情况下微放电演化过程中电子数目、瞬态二次电子发射系数、归一化反射波电压以及介质表面与上金属板之间的间隙电压随时间的变化进行了仿真,并给出了情况3电子分布和介质表面电荷密度随时间的变化过程。在此基础上,明确了空间电荷和介质表面电荷在微放电过程中所起的不同作用：即空间电荷会使微放电达到饱和状态,介质表面电荷则导致微放电饱和状态无法持续,最后自行熄灭。介质表面电荷导致了微放电过程中介质和金属瞬态二次电子发射系数下降速率不一致,归一化反射波电压幅度随时间变化的包络类似于“眼睛”形状、间隙电压类直流偏置、非对称电子能量分布等特殊现象。     

主客体掺杂型非线性光学聚合物驻极体DR1/PMMA膜中空间和偶极电荷的相互作用特性

运用热刺激放电、表面电位衰减和电光效应的检测等手段,对主客体掺杂型非线性光学聚合物驻极体DR1/PMMA膜中空间和偶极电荷的相互作用特性进行了研究．结果表明,在极化后的样品中,被样品表面或体内的各类陷阱捕获的大部分空间电荷所处的陷阱能级高于极性生色团分子的定向排列产生的偶极电荷的束缚能级,空间电荷对偶极电荷有强烈的束缚作用．空间电荷衰减将导致材料内的电场分布发生变化,并引起极性生色团分子的松弛．空间电荷稳定性决定着偶极电荷的寿命. 关键词：     

KTa_(1-x)Nb_xO_3:Cu晶体中直流空间电荷场的进一步研究

分别用扩束光和一束写入光对KTa_(1-x)Nb_xO_3:Cu(X=0.32)晶体中的光折变栅进行擦洗,通过不同的擦洗效果,进一步论证了在写入过程中除了形成周期分布的空间电荷场之外,同时还形成了直流空间电荷场.并对直流空间电荷场被擦洗的动态过程进行了详细研究.此外,在写入之前利用一束均匀光照射在外加电场作用下的KTa_(1-x)Nb_xO_3:Cu晶体,研究了直流空间电荷场的形成对衍射信号强度的影响.     

基于行波管螺旋导电面模型的空间电荷场研究

通过分析行波管螺旋导电面模型中的电磁场，给出了色散和耦合阻抗计算公式，并深入研究了非线性理论中的空间电荷降低因子.结果表明，螺旋导电面模型相对理想导电圆筒中的空间电荷降低因子在较高频段变化不大.空间电荷降低因子的变化反映了螺旋线外电磁场对电子注的作用，同样的慢波结构，较高频率的电磁场应有较大的影响.因此，使用螺旋导电面模型在较高频段计算空间电荷降低因子是不合适的. 关键词： 行波管 非线性 螺旋导电面 空间电荷降低因子 色散 耦合阻抗     

用于固体介质中空间电荷的压电压力波法与电声脉冲法

采用一种新的简明的方法推导了压力波法(PWP)的测量原理，并对压力波法和电声脉冲法(PE A)作了比较，得出这两种测量方法在物理本质上的相通之处，并且采用本实验室自行研制的 piezo-PWP/PEA联合测试系统对交联聚乙烯样品中的空间电荷进行测量，所得出的结论仍是 一致的. 关键词： 压力波法 电声脉冲法 空间电荷     

极化电压对聚丙烯压电驻极体膜压电性能的影响

压电驻极体是具有压电效应的微孔结构空间电荷驻极体材料,其压电性能与材料的微结构和空间电荷密切相关.本文首先利用压缩气体膨化工艺对聚丙烯(PP)的微结构进行改性,然后利用接触极化方法,研究了极化电压与PP膜空间电荷密度之间的关系,及其对压电性能的影响.结果表明对于极化前厚度为100μm的PP膜,其内部建立有序空间电荷分布的阈值极化电压为2 kV;一旦有序空间电荷建立起来,PP膜即具有压电效应.随着极化电压的提高,PP膜的空间电荷密度逐步增大,压电效应显著增强.当峰值电压为8 kV时,PP膜电极上的电荷密度、准静态压电系数和品质因数FOMv(d33·g33)分别为0.56 mC/m2,379 pC/N和8.6(GPa)-1.PP压电驻极体膜的FOMv比聚偏氟乙烯(PVDF)铁电聚合物膜高2个量级以上,且声阻抗非常低(～0.025 MRayl),因此该压电膜在超声波发射-接收系统或脉冲-回波系统中具有明显的优势.     

主客体掺杂型非线性光学聚合物驻极体 DR1/PMMA膜中空间和偶极 电荷的相互作用特性

运用热刺激放电、表面电位衰减和电光效应的检测等手段,对主客体掺杂型非线性光学聚合物驻极体ＤＲ１／ＰＭＭＡ膜中空间和偶极电荷的相互作用特性进行了研究．结果表明,在极化后的样品中,被样品表面或体内的各类陷阱捕获的大部分空间电荷所处的陷阱能级高于极性生色团分子的定向排列产生的偶极电荷的束缚能级,空间电荷对偶极电荷有强烈的束缚作用．空间电荷衰减将导致材料内的电场分布发生变化,并引起极性生色团分子的松弛．空间电荷稳定性决定着偶极电荷的寿命     

利用单分子光学探针测量幂律分布的聚合物动力学

研究聚合物薄膜纳米尺度的动力学特性对于高性能材料的制备具有重要的意义.本文利用尼罗红单分子作为光学探针吸附在聚丙烯酸甲酯(PMA)聚合物链上,研究该聚合物薄膜的动力学特性.通过单分子散焦宽场荧光成像显微镜技术测量了单分子随PMA聚合物链转动弛豫的三维再取向特性,当环境温度高于PMA的玻璃点温度19 K时,发现处于PMA聚合物薄膜中的单分子光学探针的转动态和非转动态的持续时间概率密度服从指数截止的幂律分布.研究结果表明该温度下PMA聚合物薄膜的纳米环境动力学仍存在空间和时间异构性.     

聚四氟乙烯多孔膜的压电活性及其稳定性

研究了经单向机械拉伸形成的非极性空间电荷型薄膜驻极体聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜的压电性.讨论了由PTFE多孔膜和非多孔的聚合物薄膜（PTFE，聚酰亚胺PI，氟化乙丙烯共聚物FEP 和聚三氟氯乙烯PCTFE）组成的双层膜的突出压电活性.初步研究结果指出：在优化的极化条 件下形成的上述双层压电膜以外电极测量的准静态压电d₃₃常数可达186 pC/N， 这个数值与压电陶瓷锆钛酸铅PZT的相应常数接近，而比铁电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)的相 应常数约高出一个数量级.还研究了这类柔性多孔膜 关键词： 聚四氟乙烯多孔膜 压电性 空间电荷驻极体 充电参数 压电活性的热稳定性