團(tuán)隊(duì)介紹

華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院李慶民教授，任高電壓與電磁兼容北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。其課題組目前有8名博士研究生，17名碩士研究生。所在團(tuán)隊(duì)主要從事高頻電介質(zhì)材料與絕緣特性、放電物理及其應(yīng)用、在線監(jiān)測(cè)與故障診斷、風(fēng)電雷擊演化物理機(jī)制與防護(hù)技術(shù)、新型直流裝備關(guān)鍵技術(shù)等方面的科學(xué)研究工作。已參與完成國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家973計(jì)劃課題、國(guó)家863計(jì)劃課題等20余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文400余篇，授權(quán)專(zhuān)利40余項(xiàng)，獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

導(dǎo)語(yǔ)

在電聲脈沖空間電荷測(cè)量方法中，該文針對(duì)傳統(tǒng)恢復(fù)算法所依據(jù)的“上電極與試樣聲阻抗相等”這一基本假設(shè)條件，結(jié)合聲阻抗存在差異這一實(shí)際情況進(jìn)行了恢復(fù)算法的優(yōu)化分析，提出了考慮上電極聲阻抗影響、適用于單雙層介質(zhì)界面與空間電荷的改進(jìn)恢復(fù)算法。

研究背景

空間電荷積聚是導(dǎo)致絕緣內(nèi)部局部電場(chǎng)畸變的重要因素，進(jìn)而直接影響絕緣材料的老化、劣化和擊穿過(guò)程。針對(duì)空間電荷積聚的研究，當(dāng)前主要依賴(lài)于準(zhǔn)確的電荷測(cè)試技術(shù)。目前發(fā)展最為成熟的測(cè)量方法——電聲脈沖（PEA）法，其獲得的最終測(cè)量結(jié)果不僅需要準(zhǔn)確的直接測(cè)量技術(shù)，還往往要求針對(duì)畸變信號(hào)的恢復(fù)算法足夠可靠。

傳統(tǒng)PEA法測(cè)試信號(hào)的推導(dǎo)過(guò)程，均建立在半導(dǎo)電上電極與被測(cè)試樣聲阻抗相等這一假設(shè)前提下，而已有測(cè)試研究發(fā)現(xiàn)兩種介質(zhì)的聲阻抗必然存在一定的差異。由此，在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51477051，51628701）的資助下，課題組重點(diǎn)圍繞考慮聲阻抗差異時(shí)的恢復(fù)算法展開(kāi)了研究，研究成果對(duì)應(yīng)用PEA法追蹤空間電荷積聚現(xiàn)象的相關(guān)研究領(lǐng)域具有重要參考價(jià)值。

論文所解決的問(wèn)題及意義

本文基于電聲脈沖法直接測(cè)試波形的畸變?cè)砼c恢復(fù)過(guò)程，推導(dǎo)獲得了考慮半導(dǎo)電上電極與試樣聲阻抗差異時(shí)的改進(jìn)恢復(fù)算法，與傳統(tǒng)算法的對(duì)比證明了改進(jìn)算法的更高精確度。相關(guān)研究成果對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估單、多層介質(zhì)中空間電荷分布和畸變電場(chǎng)狀況等都具有重要的參考價(jià)值。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

論文總體研究方法如圖1所示。

圖1 論文總體研究方法

具體研究方法如下：

• （1）基于電聲脈沖法等效傳輸線模型，仿真討論了聲阻抗差異對(duì)測(cè)試結(jié)果的直接影響。
• （2）基于聲阻抗差異條件下試樣測(cè)試波形的恢復(fù)原理，推導(dǎo)獲得了畸變恢復(fù)過(guò)程中的衰減系數(shù)和電壓電荷轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算公式，構(gòu)建了改進(jìn)恢復(fù)算法。
• （3）實(shí)驗(yàn)對(duì)比了傳統(tǒng)算法與改進(jìn)算法下的校正結(jié)果，對(duì)改進(jìn)恢復(fù)算法的可行性和適用范圍進(jìn)行了評(píng)估驗(yàn)證。對(duì)比恢復(fù)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同電極下應(yīng)用不同算法時(shí)的恢復(fù)波形

結(jié)論

（1）本文基于電聲脈沖法等效傳輸線模型，仿真分析了上電極與試樣聲阻抗差異對(duì)傳播到壓電傳感器的壓力波分量幅值的影響作用，明確了該差異對(duì)恢復(fù)計(jì)算過(guò)程的影響；

（2）結(jié)合信號(hào)恢復(fù)過(guò)程中衰減系數(shù)和電壓-電荷轉(zhuǎn)換系數(shù)的推導(dǎo)過(guò)程，提出了考慮上電極聲阻抗影響時(shí)的單層介質(zhì)界面和空間電荷的改進(jìn)恢復(fù)算法，并驗(yàn)證了算法的更高精確度。進(jìn)一步確定了算法在多層介質(zhì)空間電荷與界面電荷恢復(fù)中的適用性。

引用本文

任瀚文, 李慶民, 王靖瑞, 劉濤, 王忠東. 電極聲阻抗對(duì)電聲脈沖法恢復(fù)算法與測(cè)量結(jié)果的影響[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(3): 669-678. Ren Hanwen, Li Qingmin, Wang Jingrui, Liu Tao, Wang Zhongdong. Impact of Acoustic Impedances of the Electrodes on the Recovery Algorithm and Measured Results in Pulsed Electro-Acoustic Method. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(3): 669-678.