压力传感器 输出信号 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。

压力传感器出来的信号是什么？

压力传感器是一种常见的传感器，它可以将测量的压力信息转化为电信号输出。

但是，对于不了解这一技术的人来说，压力传感器出来的是什么信号可能还是一个不为人知的谜。

首先，我们需要了解压力传感器的工作原理。压力传感器通过将物体的压力转换为电信号输出来实现对压力的测量。一般来说，压力传感器主要包括敏感元件和信号处理电路两个部分。

敏感元件是压力传感器的核心部件，它能实现将物体的压力变形为电阻、电容等信号。常见的敏感元件包括应变片、压阻片、电容式传感器等。

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信号处理电路则对敏感元件输出的信号进行放大、滤波等处理，以保证传感器的精度和可靠性。

接下来，我们来具体分析一下压力传感器出来的是什么信号。

在应变片和压阻片等敏感元件中，当受到外力作用时，元件会产生形变，进而改变其电阻值或电容值。通过将敏感元件接入电路中进行测量，将电阻值或电容值转化为电压信号输出，我们就可以得到压力信号。换句话说，压力传感器出来的信号就是一个电压值。

但是，由于不同类型的压力传感器采用的敏感元件和信号处理电路并不一样，所以不同的压力传感器出来的信号也可能不完全相同。

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一些压力传感器可能会输出标准电压信号，例如0-5V或0-10V等；还有一些传感器可能采用数字输出的方式，例如I2C或SPI总线协议等，这些数字信号直接传输给微处理器或控制器。

此外，在实际应用中，由于采集的信号往往带有噪声，可能会对测量结果产生一定的干扰。因此，我们需要进行信号处理，以提高测量精度。这通常包括滤波、放大等处理方式。

总之，我们可以将压力传感器出来的信号理解为一个电压值，并且这个电压值可能采用标准电压信号或数字信号的方式输出。

在实际应用中，我们需要针对具体的测量目的和要求选择合适的压力传感器，并进行信号处理，以获得准确可靠的测量结果。

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