基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置的製作方法

2023-10-22 02:04:17

專利名稱：基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及液體介質空點電場分布測量裝置。
背景技術：
介質中的電場是介質電性理論中一個關鍵性的參數，介質材料的各種電氣物性都與此密切相關，有效地測量出介質中的電場分布對介質物理的發展和介質材料的開發應用都有非常重要的價值。如果介質是理想的，則可根據電極系統的集合形狀計算體內電場；實際介質往往因各種各樣的原因，形成體內空間電荷，使電場分布發生時變。空間電荷的形成和運動以及與電極材料等外界條件的關係在物理上尚不清楚，電荷與電場之間互為因果的自洽特性，使數學處理尤其困難。因此利用實驗方法測量出介質中的電場分布是非常誘人的課題。相對來說，固體介質的研究較為廣泛和活躍，這與固體介質駐極體的開發應用有著不解之緣，先後採用的方法有切片法、電子束法、熱脈衝法、雷射光強調製法、壓力波傳輸法、電聲脈衝法、熱刺激電流法、表面電位法、光譜分析法、光刺激電流法等，多數方法國內外研究保持著同步的發展水平。液體介質材料的應用範圍和量都很大，而其電場分布的研究顯得比較薄弱，國外先後提出了探針法、紋影法和克爾效應法。利用靜電感應原理的探針法，可以深入液體內部測量電極各位置點上的電勢，假如測得的電勢分布式連續光滑的，則求導可得出電場分布，遺憾的是探針本身引起的幹擾，常帶來不可補救的極大的誤差，使測量無效，這一方法已不太有人應用。紋影法的基礎是介質的折射率。介質常數和密度為溫度的函數。如在電極相同的介質中有一個溫度梯度，外施電壓使溫度梯度的變化將以折射兩次的變化反映出來，以測量透明液體介質中的電場分布。通過測量透明液體介質中建立一個可以人為控制的溫度梯度，並對之進行精確的計量。紋影法自1982年後未見應用報導。克爾效應指的是各向相同性的透明介質材料在外施高壓下表現出來的光學上的各向異性，即平行和垂直於電場方向的折射率之差正比於電場強度的平方。這是英格蘭物理學家(John Kerr)於1875年首次發現的電光效應實驗規律，上世紀20年代開始被利用來測量液體介質中的電場，光通過外施電壓的介質後因相位差在像屏上形成明暗條紋，由此可推算電場分布，這種像叫電光場圖。克爾效應測量要求液體介質中有大的克爾效應，然而已知的液體介質中克爾常數大的不多，主要有硝基苯(克爾常數10_12m/V2數量級)和氯代聯苯(克爾常數10_13m/V2數量級)幾種。而對克爾常數較小的介質，如高純水(克爾常數10_14m/V2數量級)則必須把電壓加到很高或把電極加長到I米以上。外加電壓受液體介質擊穿電壓的限制而不可能過高；加長電極可使克爾效應明顯，但同時光路吸收增加、幹擾加劇、信號變弱，需改用大功率光源，而大功率光源向介質的入射會在測量過程中加熱液體而使測量失敗。克爾常數更小的液體介質，如變壓器油(10_15m/V2數量級)電極要加長到5米以上，才有從理論上講的明顯的克爾效應，考慮到吸收和幹擾等因素，這種加長電極的方式達不到實用。很長時間以來，人們一直以為克爾效應法僅僅適用於幾種克爾常數大的液體，直到瑞典的Torne和Gafvert首次提出改進的克爾效應法，把測量範圍拓展到了變壓器油。由於克爾常數較小的液體介質被廣泛用於變壓器、斷路器、電力電容器等電氣設備中，故研究這些克爾常數較小的液體介質中的電場分布十分必要。目前，國際上已有用精度高、響應快、且對被測電場無幹擾的克爾電光效應測量系統，來研究介質中的電場和空間電荷分布，但大部分只針對穩態而少有對動態情況研究，國內這一領域的研究更是幾乎沒有真正的實用化。雖然國內有學者用性能相對較好的ccro傳感器作光電轉換和接收裝置，實現了對克爾常數較大的液體介質(如硝基苯)中電場和空間電荷的動態測量，但自身靈敏度的限制使其不能動態測量克爾常數較小的液體介質電場和空間電荷分布。同時，國內的一些研究者提出採用新型光電接收裝置，對變壓器油等克爾常數較小的液體介質實現動態測量和實時採集，並對採集的光強信號進一步處理分析，同時驗證了測量系統的可靠性，但其對外加電壓的範圍有較大的限制。

實用新型內容本實用新型為了解決現有液體介質空點電場分布測量裝置在測量克爾常數小的液體介質時存在的雖能實現動態測量和實時採集，但是對外加電壓的範圍有較大的限制的問題，而提出的基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置。基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置，它包括雷射器、擴束透鏡、準直器、起偏器、λ/4波片、克爾效應盒、檢偏器、濾波器、CCD圖像傳感器和上位控制計算機；待測液體介質裝設在克爾效應盒內部；所述雷射器的雷射出射口的中心軸線與擴束透鏡的中心軸線、準直器的中心軸線、起偏器的中心軸線、λ /4波片的中心軸線、克爾效應盒的中心軸線、檢偏器的中心軸線、濾波器的中心軸線和CCD圖像傳感器的中心軸線位於同一軸線上；所述雷射器發射的雷射光束入射到擴束透鏡的光線入射端，所述雷射光束經擴束透鏡的光線出射端入射到準直器的光線入射端；經過準直器的雷射光束通過起偏器入射到入/4波片的光線入射端；經過λ /4波片的雷射光束入射到克爾效應盒的光線入射端，由克爾效應盒透射出的雷射光束通過檢偏器和濾波器入射到CXD圖像傳感器的光線接收端；CCD圖像傳感器的圖像數據信號輸出端與上位控制計算機的圖像數據信號輸入端相連；所述克爾效應盒的正、負電極分別與供電電源正、負極相連。本實用新型所述基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置採用穩定性好、動態範圍大、靈敏度高的CCD圖像傳感器9建立新的測量系統，以測量克爾常數較小的液體介質中的電場分布，從而得到通過分析光強的空間分布和變化規律來得出電場的空間分布和變化規律的方法，為液體介質中的電場及空間電荷分布測量提供測試設備。該測量裝置採用CCD圖像傳感器9採集信息，可以實現動態測量；該測量裝置在信號採集端採用濾波器8實現接收波段的控制，可以保證採集信息的有效性，能夠避免雜散光的輸入，解決了裝置對實驗環境的依賴性，便於現場測量；通過克爾效應盒6的改進，實現了對克爾常數小的液體介質的有效測量，並實現了裝置小型化，減少了對外加電壓範圍的限制；測試裝置具有便攜性，拆裝以及移動方便。它可廣泛適用於常數較小的液體介質中的電場分布的測量。

[0011]圖1為具體實施方式
一的結構示意圖；圖2為具體實施方式
二的結構示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一:結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置，它包括雷射器1、擴束透鏡2、準直器3、起偏器4、λ /4波片
5、克爾效應盒6、檢偏器7、濾波器8、CCD圖像傳感器9和上位控制計算機10 ;待測液體介質裝設在克爾效應盒6內部；所述雷射器I的雷射出射口的中心軸線與擴束透鏡2的中心軸線、準直器3的中心軸線、起偏器4的中心軸線、λ /4波片5的中心軸線、克爾效應盒6的中心軸線、檢偏器7的中心軸線、濾波器8的中心軸線和(XD圖像傳感器9的中心軸線位於同一軸線上；所述雷射器I發射的雷射光束入射到擴束透鏡2的光線入射端，所述雷射光束經擴束透鏡2的光線出射端入射到準直器3的光線入射端；經過準直器3的雷射光束通過起偏器4入射到λ /4波片5的光線入射端；經過λ /4波片5的雷射光束入射到克爾效應盒6的光線入射端，由克爾效應盒6透射出的雷射光束通過檢偏器7和濾波器8入射到CXD圖像傳感器9的光線接收端；CCD圖像傳感器9的圖像數據信號輸出端與上位控制計算機10的圖像數據信號輸入端相連；所述克爾效應盒6的正、負電極分別與供電電源正、負極相連。
具體實施方式
二:結合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同點在於所述測量裝置還包括顯示器11;所述顯示器11的顯示數據輸入端與上位控制計算機10的顯示數據輸出端相連。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明所提交的權利要求書確定的專利保護範圍。
權利要求1.基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置，其特徵在於它包括雷射器(I)、擴束透鏡(2)、準直器(3)、起偏器(4)、λ /4波片(5)、克爾效應盒(6)、檢偏器(7)、濾波器(8)、CCD圖像傳感器(9)和上位控制計算機(10);待測液體介質裝設在克爾效應盒(6)內部；所述雷射器(I)的雷射出射口的中心軸線與擴束透鏡(2)的中心軸線、準直器(3)的中心軸線、起偏器⑷的中心軸線、λ/4波片(5)的中心軸線、克爾效應盒(6)的中心軸線、檢偏器(7)的中心軸線、濾波器(8)的中心軸線和CCD圖像傳感器(9)的中心軸線位於同一軸線上；所述雷射器(I)發射的雷射光束入射到擴束透鏡(2)的光線入射端，所述雷射光束經擴束透鏡(2)的光線出射端入射到準直器(3)的光線入射端；經過準直器(3)的雷射光束通過起偏器(4)入射到λ/4波片(5)的光線入射端；經過λ/4波片(5)的雷射光束入射到克爾效應盒(6)的光線入射端，由克爾效應盒(6)透射出的雷射光束通過檢偏器(7)和濾波器(8)入射到CCD圖像傳感器(9)的光線接收端；CCD圖像傳感器(9)的圖像數據信號輸出端與上位控制計算機(10)的圖像數據信號輸入端相連；所述克爾效應盒￠)的正、負電極分別與供電電源正、負極相連。
2.根據權利要求1所述的基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置，其特徵在於所述測量裝置還包括顯示器(11);所述顯示器(11)的顯示數據輸入端與上位控制計算機(10)的顯示數據輸出端相連。
專利摘要基於克爾效應的液體介質空點電場分布測量裝置，它涉及液體介質空點電場分布測量裝置。它為解決現有液體介質空點電場分布測量裝置在測量克爾常數小的液體介質時存在的雖能實現動態測量和實時採集，但是對外加電壓的範圍有較大的限制的問題。雷射器發射的雷射光束入射到擴束透鏡的光線入射端，雷射光束經擴束透鏡的光線出射端入射到準直器的光線入射端；經過準直器的雷射光束通過起偏器入射到λ/4波片的光線入射端；經過λ/4波片的雷射光束入射到克爾效應盒的光線入射端，由克爾效應盒透射出的雷射光束通過檢偏器和濾波器入射到CCD圖像傳感器的光線接收端；CCD圖像傳感器連上位控制計算機。它可適用於常數較小的液體介質中的電場分布的測量。
文檔編號G01R29/14GK202948074SQ20122071495
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者林家齊, 楊文龍, 熊燕玲, 沈濤, 李家普, 孫好峰 申請人:哈爾濱理工大學