1 μs低曝光條件下真空電弧放電過程中觸頭表面陰極斑點的運動特性（使用高靈敏度高速攝像機NEO25捕捉）。
1、研究背景
真空電弧在高壓開關(guān)設(shè)備中廣泛存在，其陰極斑點形成、演化過程影響電弧開斷能力和設(shè)備絕緣性能。
普通高速攝像機受限于時間分辨率，難以捕捉微秒級瞬態(tài)過程，同時放電腔內(nèi)無法補光，對高速攝像機感光度亦提出苛刻要求。
某重點實驗室，選用中科君達視界提供的千眼狼高靈敏度高速攝像機，捕捉陰極斑點微秒尺度瞬態(tài)行為，為分析斑點分布對電弧等離子體參數(shù)及開斷能力的影響提供高時間分辨率的可視化實驗數(shù)據(jù)。
2、實驗簡介
實驗在放電真空腔內(nèi)中開展，通過LC諧振電路提供1~10 kA峰值電流，通過陰極處觸發(fā)火花引發(fā)電弧。高速攝像機采用智能圖像觸發(fā)模式，設(shè)置圖像亮度占比閾值5%，當ROI區(qū)域畫面中高亮區(qū)域像素占比超過5%時，即進入高速記錄狀態(tài)，相較于基于示波器電流/電壓信號觸發(fā)方式，對電弧響應(yīng)更直接，觸發(fā)更準確。
高速攝像機曝光時間1 μs，采集幀率10000 fps，記錄不同電流峰值下光斑生成、移動與熄滅過程，記錄時長50 ms，記錄的序列圖像以RAW格式保存，便于后續(xù)分析。
3、超高速攝像機捕捉的瞬態(tài)現(xiàn)象（以低電流工況為例）
I. 初始階段：400 μs光斑首先出現(xiàn)在觸頭中心起弧點（左1）；900 μs起弧點出現(xiàn)稀疏斑點（右1）；1900 μs多個斑點清晰可辨，并首次形成中心環(huán)向外擴大（左2）；5700 μs中心區(qū)域開始出現(xiàn)第二批斑點（右2）。
圖1 依次為 左1-右1-左2-右2
II.擴張階段：陰極自身的環(huán)向磁場和電流共同作用下，斑點從中心快速向外徑向運動（左3），在斑點的徑向跳躍中，小環(huán)半徑逐步擴展（右3），外側(cè)區(qū)域因加熱積累，不斷形成新的斑點（左4），使斑點群整體向外推進，在24.4 ms時斑點環(huán)狀結(jié)構(gòu)半徑達到峰值并持續(xù)約5 ms（右4）。
圖2 依次為 左3-右3-左4-右4
III. 耗散階段：30 ms后，高速攝像機捕捉的光斑呈現(xiàn)退化跡象，徑向跳躍的斑點快速減少，亮度衰減（左5），44.7 ms，位于環(huán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的陰極斑點由于電流衰減導(dǎo)致陰極場強不足以維持蒸發(fā)，率先熄滅（右5），1 ms后，外側(cè)環(huán)狀斑點開始在各局部區(qū)域逐個熄滅，環(huán)狀結(jié)構(gòu)破碎成離散斑點群（左6），3.7 ms后，斑點整體消失（右6），陰極表面恢復(fù)為黑暗背景。
圖3 依次為 左5-右5-左6-右6
4、實驗結(jié)論
I. 高速攝像技術(shù)完整、清晰地記錄了真空電弧陰極斑點從局部點燃、徑向擴張形成環(huán)狀分布到中心率先熄滅、環(huán)狀斷裂直至完全熄滅的生命過程。
II. 千眼狼高靈敏度高速攝像機NEO25具備在1 μs低曝光、無補光條件下對高亮度光斑無拖影觀測需求。
III. 高速攝像機捕捉的斑點分布與電弧開斷能力密切相關(guān)，高亮度斑點區(qū)域預(yù)示絕緣缺陷，為滅弧室優(yōu)化設(shè)計提供圖像依據(jù)。
電話：400-859-1866
地址：安徽省合肥市包河富煌新視覺大廈
微信公眾號
官方抖音
400-859-1866