压传感器 什么是压电压力波（PWP）传感器？看完就懂了

什么是压电压力波（PWP）传感器？看完就懂了

压电材料作为感知电力设备放电、振动等信号的关键材料，在电力设备振动监测、放电检测、探伤、温度测量、电压传感等领域得到广泛应用。

压电材料在压电传感器件中的应用多种多样，其核心在于机械能和电能的相互转换：压电材料受机械振动（压电振动传感器）、声波传导（压电声传感器）等机械外力作用时晶格形变，引起极化状态的变化，输出传感电信号，或通过对压电材料受电场作用产生的形变进行测量来反映电场大小（压电电压传感器）。

声波信号可较好地实现与电信号的耦合与相互转换。根据声波激励、传播和耦合方式的不同，压电声传感器可分为压电超声传感器、声表面波传感器、电声脉冲传感器、压力波传感器等。

除压电电声脉冲传感器外，压电压力波（Pressure Wave Propagation, PWP）传感器同样被广泛用于固体介质空间电荷测量。

不同压电压力波传感器产生压力波的方式略有不同，如利用薄压电陶瓷片产生压力脉冲即压电感应压力波传播法（PIPWP）、利用PVDF压电薄膜产生压力脉冲（压电压力波传播法（Piezo-PWP））等，但测量原理基本相同：产生压力波在介质中传播引起介质产生形变，导致介质内部局部电场的微小变化，从而在外电路上感应出对应的电压或者电流信号，由此反映绝缘介质内部的空间电荷分布情况。常见压电压力波传感器测试装置如图1所示。

压力波阶跃上升沿宽度或脉冲宽度应尽可能窄（远小于介质厚度），以提高压电压力波传感器分辨率和灵敏度。郑飞虎等研究发现，压电薄膜厚度、电脉冲下降沿宽度、背衬层材料及声传播介质等因素都会对压力波脉冲波形和脉冲宽度产生影响，实际测试时选用25μm压电薄膜产生脉宽约50ns的单极性压力波声脉冲。

图1 压电压力波传感器测试装置

目前压电压力波传感器的理论模型与测量技术已经基本明晰，在工业界已开始推广应用。如S.Holé等将压电压力波传感器用于欧洲BESTPATHS项目中高压超导直流电缆绝缘测试，在极低温度下对液氮/纸复合绝缘空间电荷分布进行了测量，其测试装置如图2所示。

图2 压电压力波传感器测试装置

本文编自2021年第7期《电工技术学报》，论文标题为“压电材料与器件在电气工程领域的应用”，作者为姚睿丰、王妍 等。

压力传感器丨定义、原理、应用

压力传感器是工业实践中常用的设备，作为自控系统的重要组成部分，压力传感器能够用于工业过程中压力参数的测量和控制，常用于高温、低压、腐蚀、振动等环境。

压力传感器的原理是基于压力感测技术，能够将被测压力转化为4G信号，进行传输和处理。

① 传感元件感应压力：在被测液体或者是气体向感应元件施加压力时，感应元件的物理性质会发生变化。

② 信号转换：感应元件输出的压力信号会被转化为标准的4G信号。

③ 信号处理：被转换后的4G信号会被进一步处理，以确保测量的准确性和稳定性。

④ 输出信号：处理后的4G信号被传输至软件平台上，以便工作人员随时查看实时数据和历史数据，进行管理。

应用领域多样，在工业自动化中可以监测和控制工业过程中的液体和气体压力；在液位测量中可以通过测量液体静压确定液位；在食品制造业中能够通过监测食品加工过程中的气体和液体压力，确保生产质量；在水处理中能够监测供水和污水梳理系统的中的压力和流量保障工作运行正常。

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