传感器的频带 什么是压电电声脉冲（PEA）传感器？看完就懂了

什么是压电电声脉冲（PEA）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。

1985年，T.Takada等提出电声脉冲法（Pulsed Electro-Acoustic，PEA）用于测量空间电荷，其基本原理是在介质两端电极上加上电脉冲扰动源，介质中的空间电荷和电极界面都受到这一脉冲电场力作用而相应地产生声脉冲。利用压电电声脉冲传感器（通常为宽频带PVDF压电薄膜传感器）接收与测量这些声脉冲，即可获得介质内部空间电荷分布信息。

压电电声脉冲传感器普遍用于电缆空间电荷测量，如图1所示。研究人员在电缆半导电层外直接施加高压脉冲，实现了在高压长电缆中测量空间电荷。但由于目前超高压电缆为保证良好屏蔽特性采用电导率较高的外屏蔽半导电材料，此方法信噪比往往较低。

在此基础上，研究者采用将电缆外屏蔽层分段截断和将电缆外屏蔽层电位悬空的方法，实现了全尺度电缆空间电荷测量。另有研究人员采用压电电声脉冲传感器测量材料中空间电荷量的变化，结合等温松弛电流理论和离散陷阱分布模型分析LDPE/SiO2、LDPE/ZnO、EP/SiO2等纳米复合材料中陷阱分布信息，为定量表征聚合物绝缘材料载流子陷阱参数提供重要依据。

图1 利用该种传感器测量电缆空间电荷

压电电声脉冲传感器的空间分辨率和灵敏度主要取决于电脉冲形状和压电传感器自身性能，降低电脉冲宽度和压电膜厚度可以有效提高传感系统分辨率。L.Galloy等用2ns窄脉冲扰动源，以厚度1.5μm的P(VDF-TrFE)材料作为压电传感器，获得46μm的空间分辨率；T.Maeno等采用5ns窄脉冲和4μm厚PVDF薄膜传感器，获得约3μm的分辨率；K.Kumaoka等用0.6ns超窄脉冲，以厚度1μm的PVDF压电薄膜作为传感器，将分辨率大幅提升至1.6μm。

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。

如何在声发射检测中选择传感器型号和确定通道数量？

对于一般的声发射应用，信号频带范围大多在25kHz～750khz之间，因此谐振传感器更适合。金属材料和其他应用通常使用一般宽带频率为150kHz的谐振窄带传感器；对于腐蚀、泄漏等声发射信号，常用谐振频率为40KHz的谐振传感器；由于宽带传感器在宽频带内的响应灵敏度相对较低，因此选择宽带传感器进行频谱分析。

窄带谐振传感器具有高灵敏度和高信噪比。它很便宜，有很多规格。例如，在了解声源传播的基本特性时，如果您想获得某个频带内的声发射信号进行处理或提高系统灵敏度，最好选择合适的谐振传感器，如声源位置。需要指出的是，所谓的谐振窄带传感器不仅对某一频率信号敏感，而且对某一频带也敏感，其他频带的灵敏度相对较低。用户可以根据使用环境和期望的信号特性来选择合适的传感器。

清诚声发射传感器外壳采用优质不锈钢材料，整体屏蔽设计，有效减少干扰；接触表面由陶瓷材料制成，以使壳体与被测物体电磁隔离；每个产品都有一个唯一的序列号，可以跟踪生产和测试过程；出厂前，每个传感器都按照<GBT.19801-2005>>进行了灵敏度测试，产品附有响应曲线。

声发射检测所需的通道数量主要由材料中声信号的衰减决定。信号衰减取决于材料的特性和声波的频率。通常，材料的密度越高，材料中声学信号的衰减就越小。声波的频率越低，信号的衰减就越小，所需的通道就越少。然而，必须在检测现场进行衰减测试后确定通道的实际数量。

根据以往的声发射检测经验，金属裂纹信号的声发射频率约为150kHz，泄漏和磨损信号约为40kHz。因此，当检测金属的裂纹信号时，可以选择谐振频率为150kHz的声发射传感器，并且两个传感器之间的间距不超过7米。在检测金属腐蚀信号时，可以选择谐振频率为40kHz的声发射传感器，两个传感器之间的间距不超过13米。

相关问答

基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和...

宽量程氧传感器的电压规定值为1.0V~2.0V。电压值大于1.5V时混合气过稀(氧多),电压值小于1.5V时混合气过浓(氧少)。电压值为OV、1.5V、4.9V的恒定值时都说...

加...2.湿度及化学干扰当环境相对湿度增加时,物体表面就会附着一层水膜,并渗入材料内部,降低了绝缘强度,造成了漏电、击穿和短路现象;潮湿还会加速金...

倒车雷达传感器。此传感器是压电式传感器。压电式传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料...

传声器是将声音信号转换成电信号的能量转换信号。也就是话筒,麦克风,微音器。压力传感器是利用压阻效应原理采用三维集成电路工艺及一些特定工艺在单晶硅片薄...

短波红外(SWIR)光一般定义为0.9-1.7皮育士参够众未μm波长范围内的光线,但也可归入0.7-2.5μm波长范围。由于硅传感器的上限约为1.0μm,SWIR成像需要友格受衡...

传声器是将声音信号转换成电信号的能量转换信号。也就是话筒,麦克风,微音器。压力传感器是利用压阻效应原理采用三维集成电路工艺及一些特定工艺在单晶硅片薄...

蒸汽传感器也分很多啊,看你的应用目的不同,也分为:蒸汽压力传感器蒸汽温度传感器蒸汽流量传感器蒸汽传感器主要用于工业管道介质流体的流量测量,如...

基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和...

pbf芯片是代表环保无铅的意思PBF是表示环保无铅产品,AWR1843ABGABLQ1集成DSP、MCU和雷达加速器的单芯片76GHz至81GHz汽车雷达传感器。该器件采用TI的.....