[0020] 进一步地，所述步骤(7)中，所述传递函数为：记(R0， )处的传感器接收到的信号为ph(t)，共有H个传感器，h＝1，…，H；缆绝缘外半径构成的圆周均分为N等分，半径均分为M等分，1
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 式中，rin为电缆绝缘的内半径，R0为电缆绝缘的外半径，α(f)、β(f)分别为声波在介质中的衰减系数和色散系数，ep(t-t(rm,θn,R0, ))为像素点(rm，θn)的电场强度，Vp为脉冲电压的幅值，T为脉冲电压的脉宽；rm为像素半径坐标，θn为像素的角度坐标，t为时间，t(rm,θn,R0, )为声波由(rm，θn)传播到(R0， )的时间, 为像素点(rm，θn)到传感器(R0， )的距离，c为声波在介质中的传播速度；
[0025] 将(R0， )处的传感器接收到的信号ph(t)构造成为1×MN的离散向量ph(t(m,n))，对应于第h个传感器，即(R0， )处的传感器接收到像素点(rm，θn)传来的声波信号ph(m，n)为：
[0026]
[0027] 其中：ρ(rm,θn)表示在像素点(rm，θn)的空间电荷密度；
[0028] (R0， )处传感器接收的声波信号总和为：
[0029]
[0030] 其向量形式表达为：
[0031]
[0032] 将(rm，θn)简化表示为(m，n)，其中：ph(m,n)表示第h个传感器接收到由像素(m，n)处空间电荷产生的声波信号；
[0033] H个传感器接收到的信号构成一个H×MN维矩阵PH×MN：
[0034]
[0035] 传递函数矩阵GH×MN表示为：
[0036]
[0037] 空间电荷分布构成一个MN×MN的方阵，只有对角线上有元素：
[0038]
[0039] 则PH×MN、GH×MN、ρMN×MN的关系为：
[0040] PH×MN＝GH×MNρMN×MN
[0041] 即：
[0042]
[0043] 根据上式中测量矩阵PH×MN和传递矩阵GH×MN求解出空间电荷矩阵ρMN×MN，进而得到整个绝缘界面的空间电荷分布。
[0044] 进一步地，所述步骤(8)中，空间电荷在整个成像横截面上的分布信息包括空间电荷的密度、位置和极性，根据空间电荷在绝缘横截面上的分布情况，对其分布位置和密度进行分析，结合水树枝、电树枝产生空间电荷的机理，得到绝缘中水树枝、电树枝、缺陷在测量横截面上的大小、位置和形状的信息。
[0045] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
[0046] 1、本发明可以对电缆横截面上的空间电荷分布信息进行全方位、无死角测量并成像；
[0047] 2、本发明克服传统空间电荷测量系统应用中精度低、测量信息不全面、测量费时、效率低等缺点，提高电缆空间电荷测量的准确性，采用成像技术将测量结果直观显示出来，实现其测量的全面性、多功能性，降低截面上空间电荷成像的时间，具有很大的经济效益和社会效益。
[0048] 3、本发明可以更直观的获得空间电荷在横截面分布信息，得到绝缘中水树枝、电树枝、缺陷在测量横截面上的大小、位置和形状的信息。
附图说明
[0049] 图1是本发明提供的二维空间电荷成像原理图；其中：1为电缆导体线芯；2为挤包绝缘电缆；3为压电传感器；4为空间电荷；5为坐标原点；6为脉冲电场的方向；7空间电荷在脉冲电场作用下的振动方向；8角度坐标的零刻度线；9为空间电荷的角度坐标；10为传感器的角度坐标；11为空间电荷的半径坐标；12为声阻抗匹配层。
具体实施方式
[0050] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0051] 以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
[0052] 本发明提供的方法采用的装置包括高压直流电源、脉冲电源、挤包绝缘电缆2、铝电极、压电传感器3、声吸收层和信号放大器；所述高压直流电源和脉冲电源连接在电缆导体线芯1上；所述铝电极包覆在挤包绝缘电缆2外部；所述压电传感器3贴合在铝电极外部；所述声吸收层位于压电传感器一侧，信号放大器用于放大压电传感器输出的信号；
[0053] 本发明的原理在于：基于电声脉冲法PEA，对空间电荷施加一个脉冲电场，空间电荷受脉冲电场力做直线振动，振动产生的声波为球面分布，球面传播的声波强度与声波传播的角度有关。脉冲电压在空间上的分布取决于脉冲电压的幅值和空间点与原点的距离，脉冲电场强度与该距离成反比。根据空间点的坐标、传感器坐标、声波的衰减特性、直线振动产生声波的方向系数和脉冲电场的分布计算出空间点与传感器的传递函数，根据测量信号和传递函数计算出空间电荷的二维分布。本发明提供的二维空间电荷成像原理图如图1所示。
[0054] 一种基于电声脉冲法的高压直流电缆空间电荷二维成像技术，其特征在于包含以下步骤：
[0055] (1)以电缆的导体线芯1中心为坐标原点，构建圆柱坐标系，z＝0平面为空间电荷成像横截面；
[0056] (2)多个压电传感器3布置在电缆外屏蔽层的外侧，压电传感器输出电压信号，每个压电传感器接收到的信号都包含空间电荷在整个成像横截面上的分布信息；
[0057] (3)压电传感器的数量为2或2以上，当压电传感器数目为2时，两个压电传感器不能布置在绝缘横截面的同一直径上，传感器多角度获得PEA信号(电声脉冲信号)，PEA信号经过放大器放大；
[0058] (4)空间电荷4在脉冲电场最用下直线振动，振动方向与具有散度的脉冲电场在空间电荷处的方向重合；
[0059] (5)直线振动产生的声波信号具有辐射特性，不同的声波传播方向上声波强度不同，根据声波传播方向计算出声波在各个传感器方向上的方向系数；声波在压电传感器方向上的方向系数如下式所示；
[0060]
[0061] 式中：J1(*)为第一类一阶贝塞尔函数；k为波数，即单位长度内声波周期数；a为声源半径；μ为偏离声源振动的方向角；当振动粒子的位移接近或小于粒子半径时，粒子振动产生的声波为球面波，即声波在压电传感器方向上的方向系数D(k，μ)在各个方向上近似相等，D(k，μ)＝1。
[0062] (6)根据每个压电传感器的二维坐标和空间二维坐标的位置关系，结合声波在绝缘介质中的衰减特性和声波在绝缘介质中的传播速度，以及传感器之间的坐标关系，计算出空间点与各传感器之间的传递函数和声波到达传感器的时延；
[0063] (7)根据压电传感器输出的测量信号、传递函数，反解出空间电荷的二维分布，对空间电荷进行二维成像；
[0064] 所述传递函数为：记(R0， )处的传感器接收到的信号为ph(t)，共有H个传感器，h＝1，…，H；电缆绝缘外半径构成的圆周均分为N等分，半径均分为M等分，1
[0065]
[0066]
[0067]
[0068] 式中，rin为挤包绝缘电缆的内半径，R0为挤包绝缘电缆的外半径，α(f)、β(f)分别为声波在介质中的衰减系数和色散系数，ep(t-t(rm,θn,R0, ))为像素点(rm，θn)的电场强度，Vp为脉冲电压的幅值，T为脉冲电压的脉宽；rm为像素半径坐标，θn为像素的角度坐标，t为时间，t(rm,θn,R0, )为声波由(rm，θn)传播到(R0， )的时间。
[0069] 将(R0， )处的传感器接收到的信号ph(t)构造成为1×MN的离散向量ph(t(m,n))，对应于第h个传感器，即(R0， )处的传感器接收到像素点(rm，θn)传来的声波信号ph(m，n)为：
[0070]
[0071] 其中：ρ(rm,θn)表示在像素点(rm，θn)的空间电荷密度。
[0072] (R0， )处传感器接收的声波信号总和为：
[0073]
[0074] 其向量形式表达为：
[0075]
[0076] 为了简化表达，将(rm，θn)简化表示为(m，n)，其中：ph(m,n)表示第h个传感器接收到由像素(m，n)处空间电荷产生的声波信号。
[0077] H个传感器接收到的信号构成一个H×MN维矩阵PH×MN：
[0078]
[0079] 传递函数矩阵GH×MN表示为：
[0080]
[0081] 空间电荷分布构成一个MN×MN的方阵，只有对角线上有元素：
[0082]
[0083] 则PH×MN、GH×MN、ρMN×MN的关系为：
[0084] PH×MN＝GH×MNρMN×MN
[0085] 即：
[0086]
[0087] 根据上式中测量矩阵PH×MN和传递矩阵GH×MN求解出空间电荷矩阵ρMN×MN，进而得到整个绝缘界面的空间电荷分布。
[0088] (8)对空间电荷分布特性进行全面分析，直观的获得空间电荷在电缆绝缘横截面的分布信息，包括空间电荷的密度、位置和极性，根据空间电荷在绝缘横截面上的分布情况，对其分布位置和密度进行分析，结合水树枝、电树枝产生空间电荷的机理，得到绝缘中水树枝、电树枝、缺陷在测量横截面上的大小、位置和形状的信息。
[0089] 本发明提供的基于电声脉冲法的高压直流电缆空间电荷二维成像技术，适用于测量高压直流电缆空间电荷二维分布，测量水树枝、电树枝杂质等在绝缘中的分布，评价电缆绝缘材料的空间电荷特性，克服传统空间电荷测量系统应用中精度低、测量信息不全面、测量费时、效率低等缺点。
[0090] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
