第一届电工材料与电力设备会议

激光诱导压力波法（laser-induced pressure pulse, LIPP）测量系统面临着分辨率与测量范围之间的固有矛盾，为了实现超高的空间分辨率，传统方法往往倾向于使用超短激光脉冲以产生极窄的压力波。但在测量较厚样品时，这种高频窄脉冲在介质内部传播时会产生严重的声学色散与高频分量衰减。这些效应不仅会导致压力波波形展宽、幅值降低，在极端情况下（如厘米级样品）甚至会导致输出信号峰值完全淹没于噪声中，从而使得有效信号消失。这严重制约了LIPP法在宽厚度范围样品中的通用性及长期测量的稳定性。
针对上述技术瓶颈，本研究旨在探索一种能够平衡空间分辨率与测量范围的优化方案。本研究设计了以脉宽8ns的激光器为核心的LIPP测量系统，选用300μm的聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene, PTFE）材料为研究媒介。本文系统性地研究了靶电极结构对压力波产生特性的影响特征。研究了六种脉冲宽度下的波形特征，发现铝合金靶电极相对于EVA靶电极，产生的波形十分稳定。EVA靶电极虽然信号衰减较小，但脉冲较宽，分辨率有限，而铝合金靶电极虽然能产生较窄的脉冲，但在厚样品中信号衰减色散严重。基于这种特征，本研究提出了一种分辨率可调的靶电极结构：该结构由铝合金与EVA材料复合而成，能够根据待测样品的厚度及压力波衰减特性，可以在一定范围内调整测试信号的空间分辨率与出射峰的衰减与色散。
本文提出的基于纳秒激光器与铝合金靶电极的测量体系，兼顾了测量分辨率，测量稳定性与测量厚度范围，为电缆空间电荷测量提供了一种切实可行且具工程意义的解决方案。