高壓放大器：交變電場研究與精密控制的核心利器

　　實驗名稱：交變電場下聚乙烯中空間電荷分布研究

　　測試設(shè)備：高壓放大器、壓電傳感器、示波器、電極等。

圖1：交變空間電荷測試平臺結(jié)構(gòu)圖

　　實驗過程：

　　一、交變高壓源

　　交變高壓源為試樣提供測試所需的高壓電場環(huán)境，采用高壓放大器，高壓放大器在工作時需要輸入一個幅值較低的控制信號，高壓放大器將控制信號放大后輸出。

　　二、PEA測試平臺

　　如上圖1所示，PEA測試平臺包括電極、傳感器、放大器等器件。交變電壓接入金屬絲桿通入上電極，絲桿外包裹絕緣層穿過電極外殼，由于交變電壓容易在端部產(chǎn)生電暈，因此使用均壓球優(yōu)化接口處電場分布。脈沖源在電極側(cè)面的BNC接口處接入，脈沖經(jīng)電容C0耦合在試樣上，電容C0還起到隔絕交變高壓、防止對脈沖源造成損害的作用。整個電極通過緊固件固定后與試樣緊密接觸，在置換試樣時可方便地拆卸。上電極與試樣間放置一個半導(dǎo)體薄片，用于優(yōu)化電場分布和吸收試樣中向上傳播的聲波，減少反射聲波對測量結(jié)果的影響。

　　三、數(shù)據(jù)采集模塊

　　高性能示波器對交流電場下不同相位的空間電荷進(jìn)行快速采集和保存。交流電場下采集的空間電荷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大，受限于數(shù)據(jù)傳輸速度，本文采用離線處理方式，采集到的空間電荷信號首先存儲在示波器中，隨后在計算機(jī)上使用處理軟件進(jìn)行平均和恢復(fù)等。

　　四、設(shè)計測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2：交變電場空間電荷測量系統(tǒng)原理圖

　　PEA法交變電場空間電荷測試系統(tǒng)的基本原理如圖2所示，高壓電源提供交變電場，脈沖源提供脈沖激勵，交變電場和脈沖電場共同耦合在待測試樣上。試樣中的空間電荷產(chǎn)生的機(jī)械聲波被傳感器轉(zhuǎn)換為電信號后經(jīng)放大接入示波器保存，通過檢測到的電信號強(qiáng)度和傳播到達(dá)時間判定空間電荷的電荷量和位置。

　　五、測試軟件

　　基于Labview編寫了測試軟件，將參數(shù)設(shè)置集成在測試軟件中，計算機(jī)通過雙絞線和RS232串行接口連接示波器、脈沖源、函數(shù)發(fā)生器，實現(xiàn)統(tǒng)一控制。

　　實驗結(jié)果：

　　對比設(shè)計了交變電場下空間電荷測量系統(tǒng)除脈沖源以外的其他組成模塊：采用函數(shù)發(fā)生器與高壓放大器產(chǎn)生交變高壓；設(shè)計了測試平臺，能夠?qū)⒖臻g電荷量化為電信號輸出；對比了數(shù)字信號平均器與示波器，并選用高性能示波器采集空間電荷信號；設(shè)計了純阻性分壓器對施加在試樣上的電壓進(jìn)行監(jiān)控。

　　將所有模塊、部件整合，搭建了完整的交變電場空間電荷測試系統(tǒng)。測量系統(tǒng)可實現(xiàn)50Hz單周期內(nèi)20~60個相位點的空間電荷測量、采集和保存，每個相位點上施加的脈沖簇對應(yīng)的相位跨度在2度以內(nèi)。

　　電壓放大器推薦：ATA-7030

圖：ATA-7030高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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