溫春光　張克勝

【摘 要】本文根據(jù)電暈所發(fā)生的紫外光特點，對電暈紫外檢測系統(tǒng)進行了研究和分析，最終通過相關(guān)試驗得出電暈紫外檢測系統(tǒng)的準確性。

【關(guān)鍵詞】高壓絕緣子；電暈；紫外線；檢測系統(tǒng)

基于檢測的思想，利用日盲型光電倍增管為核心元件，研制了絕緣子紫外光脈沖檢測裝置；從電源的驅(qū)動到整套裝置的外形設(shè)計都以實用化為目標，使用虛擬儀器來編寫軟件系統(tǒng)，具有在線數(shù)據(jù)實時采集，同時后臺數(shù)據(jù)處理相應(yīng)數(shù)據(jù)功能，此套裝置具有能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式測量，不影響被測系統(tǒng)的正常運行和靈敏度高等特點，通過分析采集的紫外光脈沖信號來研究絕緣子表面放電的特性和規(guī)律。

1.系統(tǒng)構(gòu)成

整個檢測系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩個功能系統(tǒng)，系統(tǒng)的硬件由以下六個子功能模塊構(gòu)成：光-電轉(zhuǎn)換模塊、高壓及驅(qū)動電源模塊、放電定位模塊、濾光系統(tǒng)、I/U轉(zhuǎn)換及脈沖信號放大及數(shù)據(jù)采集模塊。

當紫外光經(jīng)過濾光系統(tǒng)被光電倍增管檢測到，將紫外光信號轉(zhuǎn)換成電流脈沖信經(jīng)過I/U轉(zhuǎn)換和脈沖放電，信號進入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)使用基于虛擬儀器的軟件對采集的數(shù)據(jù)進行分析和處理。

2.光-電轉(zhuǎn)換模塊

光電轉(zhuǎn)換模塊是檢測系統(tǒng)的核心，主要包括光電倍增管、分壓電路、高壓電源模塊以及電源驅(qū)動。

2.1 R2078日盲型光電倍增管

電暈放電輻射出的日盲波段紫外光信號非常微弱，必須選擇高靈敏度的紫外傳感器才能探測到該信號。綜合考慮探測器的靈敏度和探測的光譜響應(yīng)范圍，本系統(tǒng)選擇HAMAMATMU公司的R2078日盲型光電倍增管，該光電倍增管為端窗型結(jié)構(gòu)，R2078外形結(jié)構(gòu)圖如圖3.2，最大陰極有效面積直徑為21ram，其光電陰極采用了極度改進型Cs.Tc陰極材料，可見光譜響應(yīng)范圍為160.320nm，有著更好的日盲區(qū)響應(yīng)特性，該管的典型增益高達，但其陽極暗電流卻低至15pA，陽極脈沖上升時間為1.5ns，因此它具有靈敏度高、低噪聲、響應(yīng)速度快、具有極高信噪比和陰極面積大的特點，適合于放電這類脈沖信號的檢測。

R2078日盲型光電倍增管的增益和外加電壓具有密切的關(guān)系，外加電壓的大小不僅決定了光電倍增管的增益，也決定了探測的距離和紫外光脈沖的幅值。

2.2高壓模塊和驅(qū)動電源

光電倍增管需要在陰極、各個打拿極和陽極上施加直流的高壓，光陰極在光子作用下發(fā)射電子，這些電子被外電場（或磁場）加速，聚焦于第一次極，這些沖擊次極的電子能使次極釋放更多的電子，它們再被聚焦在第二次極，這樣，一般經(jīng)十次以上倍增，放大倍數(shù)可達到108～1010。最后，在高電位的陽極收集到放大了的光電流。本系統(tǒng)采用日本濱松公司生產(chǎn)的小型高壓電源C9619提供加速電場， C9619高壓電源其特點是集成化高，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，輸入電源適應(yīng)范圍寬，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，便攜式，驅(qū)動電源可采用多種形式等，一般用于小型儀器。光電倍增管對高壓供電電源的穩(wěn)定性要求很高，一般要達到0.01%～0.05%，高壓電源的穩(wěn)定性通常要比光電倍增管所要求的穩(wěn)定性高大約10倍。

2.3分壓電路

光電倍增管的供電電路種類很多，可以根據(jù)應(yīng)用的情況設(shè)計出各具特色的供電電路。本系統(tǒng)使用了最經(jīng)典的電阻分壓式供電電路。如圖1所示為典型光電倍增管的電阻分壓式供電電路。電路由11個電阻構(gòu)成電阻鏈分壓器，分別向l0級倍增極提供電壓。

圖1 典型光電倍增管的電阻分壓式供電電路

3.濾光系統(tǒng)

紫外線的波長范圍是40nm-400nm，高壓電氣設(shè)備放電產(chǎn)生的紫外線大部分波長在280nm-400nm的區(qū)域內(nèi)，也有小部分波長小于280nm，太陽光中也含紫外線，由于波長小于300nm的紫外線被大氣中的臭氧所吸收，所以可以通過大氣傳輸?shù)闹挥?00nm-400nm的紫外線，而我們采用的紫外光電倍增管R2078探測波段為160nm-320nm，有超過300nm的部分，會受到日光中.-部分紫外光的干擾，由于這部分光線在日光中的輻射強度相對放電輻射光大很多，所以必須在前端加日盲紫外濾光片以去除這部分紫外輻射的干擾。這樣就避開了最強大的自然光源一太陽造成的復(fù)雜背景，保證了在日盲紫外波段對絕緣子放電進行探測時接收到的紫外線信號免受日光和其他因素的干擾?；诒鞠到y(tǒng)的探測要求，本系統(tǒng)選擇了沈陽匯博公司的“太陽盲打濾光片，它是一種寬帶干涉濾光片，在整個光通范圍內(nèi)的透光百分比T%為10%-20%，中心波長為252.8nm，正好位于日盲區(qū)域，半波寬度16.9nm，峰值投射率28.4%，具有良好的波長定位精度、半波帶寬精度，波形系數(shù)（矩形化程度）、峰值透射率等均達到指標。使用濾光片雖然避開了最強大的自然光源一太陽造成的復(fù)雜背景，保證了在日盲紫外波段對絕緣子放電進行探測時接收到的紫外線信號免受日光和其他因素的干擾，但也對探測系統(tǒng)造成一定的影響，一是紫外光透過濾光片好，信號減弱。

4.實驗結(jié)論

（1）利用日盲型光電倍增管可有效探測到棒一板間隙的電暈放電，紫外光脈沖與電暈脈沖有著良好的對應(yīng)關(guān)系，可將紫外光脈沖作為研究電暈現(xiàn)象的重要表征參數(shù)，是一種有效的探測放電的新方法。

（2）探測距離對系統(tǒng)的輸出影響較大，因此在檢測放電時需要對探測距離進行標定，以便對在不同的探測距離的所得的數(shù)據(jù)進行比對。

（3）驅(qū)動電壓對光電倍增管的靈敏度起著決定性的作用，選擇合適的驅(qū)動電壓對系統(tǒng)的在檢測弱信號時尤為重要。

（4）放電間隙固定時，紫外光脈沖數(shù)隨這電壓的增大而增大，脈沖數(shù)變化較大，紫外脈沖的最大幅值也隨電壓的增大而增大，但其幅值變化緩慢，并且當電壓上升到接近間隙擊穿電壓（U50%）時，紫外脈沖幅值基本上不再隨電壓的改變而增大，而是保持在一定的幅值。

（5）對于不同的放電間隙，相同電壓下，間隙越小，脈沖數(shù)越多，紫外光脈沖幅值越大。

【參考文獻】

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