4.4.1 微放电局部检测法
4.4.1.1 光电倍增检测法
光电倍增检测法检测微放电是一种非常有效的检测方法。它是利用电子二次倍增器件曝光的照片来检测放电,这种电子二次倍增是由于材料表面或真空系统中存在的气体分子发生电离所产生。把光纤通过一个小孔放在射频部件的内部,并尽可能地接近放电区域,典型的安装图如图4-13所示;把光纤的另一端接到放在真空罐外的光电倍增器上,光电倍增器上的任何输出都有可能在示波器上显示,并且去触发一个电子二次倍增事件检测器。
图4-13 光电倍增检测安装示意图
光学检测器由一个紫外光传输石英丝组成,该石英丝装在波导弯头侧壁的中心。弯头直接接触试样使石英丝的视场沿着试样长度方向,观察减少的高度中心部分。由放电产生的光主要是紫外光,这通过一个安装在盒子外部工作在紫外线区域的光电倍增管检测到。管子和其外壳都放在金属盒内以减少光线落到管子内,并通过减少暗电流来增加敏感度。虽然光纤管自身具有相当快的上升时间,大概4.5 ns,但它的开始响应时间较慢(延时);势垒二极管检测器和光学检测器之间在响应时间上相差百个纳秒,光纤管响应时间取决于管子输出端的负载响应。介于这个原因,光电倍增检测一般仅用于辅助判断。
这种检测方法对于微放电检测来说,可以准确判断放电位置,但是需要预先准确地判断放电位置,并且还需要在部件上打孔,这仅对于试验件才可以采用这种检测方法,但是这种方法会影响器件的其他性能,因此不是一种常用的检测微放电的方法。
4.4.1.2 电子探针检测法
电子探针检测法是利用安装在被测件内的探头检测电子浓度的变化来检测微放电现象。微放电现象的发生总是伴随着大量自由电子的产生,微波设备中的电子浓度可以通过在预计微放电发生的区域插入一个带正电的探头来进行测量,带负电的电子探针被探头吸附,从而在探头中产生一个微小但是可以检测的电流,电流的数值可以用来表示电子浓度。该方法在产生二次电子倍增放电中是很有效的。对于包括表面放电机理在内的放电来说,这不是一个合适的检测方法。在微放电开始时,快速上升的充电密度可以用来提高判断信息。为了检测波导内部的电子密度,需要将一个很小的探针加电60 V后插入波导窄壁的中心线,然后用一个皮安表检测电流,以表示电子密度。这种形式的检测器响应很慢,其原因是其上升时间跟放电器电路相关。由于其缓慢的响应时间,检测器主要用于判断而不是用于检测。电子探针检测原理如图4-14所示。
图4-14 电子探针检测原理图
多数情况下,电子探针检测法都可以使用。最敏感的检测方法就是用一个简单的电流探头,易于实现,且对部件的工作频率与功率范围没有特别要求,直接测量放电电流,原理清晰。但是,这种检测方法也有一些缺点,如需要一个电路来放大微弱电流,使得检测速度较慢,在使用中主要是作为辅助检测;同时,对于包括表面放电机理在内的放电来说,这不是一个合适的检测方法;最后,与光电倍增检测法一样需要在被测件上预先设计好孔,从而造成微放电测试受限。
4.4.1.3 局部检测法对比
两种微放电局部检测法对比如表4-2所示。
表4-2 局部检测法对比