压力控制传感器 压力传感器原理及应用

压电材料作为感知电力设备放电和振动信号的关键材料，广泛应用于振动监测、放电检测、探伤、测温、电压传感等领域。

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之间的相互转换:当压电材料受到机械振动（压电振动传感器）和声波传导（压电声传感器）等机械外力时，晶格变形引起极化状态的变化，并输出传感信号，或通过测量电场引起压电材料的变形来反映电场大小（压电电压传感器）。

声信号可以与电信号很好地耦合和转换。压电声学传感器根据声波激发、传播和耦合方式的不同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。

除了压电电声脉冲传感器之外，压电压力波传播PWP传感器也广泛用于测量固体介质空之间的电荷。

不同的压电压力波传感器产生压力波的方式略有不同，例如使用薄压电陶瓷片产生压力脉冲（PIPWP），使用PVDF压电薄膜产生压力脉冲（压电PWP）等。，但测量原理基本相同:产生的压力波在介质中传播，引起介质的变形，导致介质内部的局部电场发生轻化，从而在外部电路上感应出相应的电压或电流信号，从而反映绝缘。常见的压电压力波传感器测试设备如图1所示。

压力波阶跃上升沿的宽度或脉冲宽度应尽可能窄（远小于介质厚度），以提高压电式压力波传感器的分辨率和灵敏度。郑等人发现压电薄膜的厚度、电脉冲下降沿的宽度、背衬层的材料和声传播介质都会影响压力波的脉冲波形和脉冲宽度。在实际测试中，选用25μm压电薄膜产生脉冲宽度约为50ns的单极压力波声脉冲。

目前，压电式压力波传感器的理论模型和测量技术已基本明确，并在工业中得到推广应用。例如，S.Holé等人在欧洲最佳路径项目的高压超导DC电缆绝缘测试中使用了压电压力波传感器，并测量了极低温度下液氮/纸复合绝缘空之间的电荷分布。测试设备如图2所示。

本文编译自《电工技术学报》2021年第7期。论文题目为“压电材料与器件在电气工程中的应用”，作者为姚瑞峰、王岩。