發布日期：2022-07-24 點擊率：105
IGBT模塊壽命評估的綜述文章 第1張" title="什么是脈沖傳感器：河海大學科研團隊發表IGBT模塊壽命評估的綜述文章 第1張-傳感器知識網"/>
壓電材料作為感知電力設備放電、振動等信號的關鍵材料，在電力設備振動監測、放電檢測、探傷、溫度測量、電壓傳感等領域得到廣泛應用。
壓電材料在壓電傳感器件中的應用多種多樣，其核心在于機械能和電能的相互轉換：壓電材料受機械振動（壓電振動傳感器）、聲波傳導（壓電聲傳感器）等機械外力作用時晶格形變，引起極化狀態的變化，輸出傳感電信號，或通過對壓電材料受電場作用產生的形變進行測量來反映電場大小（壓電電壓傳感器）。
聲波信號可較好地實現與電信號的耦合與相互轉換。根據聲波激勵、傳播和耦合方式的不同，壓電聲傳感器可分為壓電超聲傳感器、聲表面波傳感器、電聲脈沖傳感器、壓力波傳感器等。
1985年，T.Takada等提出電聲脈沖法（Pulsed Electro-Acoustic，PEA）用于測量空間電荷，其基本原理是在介質兩端電極上加上電脈沖擾動源，介質中的空間電荷和電極界面都受到這一脈沖電場力作用而相應地產生聲脈沖。利用壓電電聲脈沖傳感器（通常為寬頻帶PVDF壓電薄膜傳感器）接收與測量這些聲脈沖，即可獲得介質內部空間電荷分布信息。
壓電電聲脈沖傳感器普遍用于電纜空間電荷測量，如圖1所示。研究人員在電纜半導電層外直接施加高壓脈沖，實現了在高壓長電纜中測量空間電荷。但由于目前超高壓電纜為保證良好屏蔽特性采用電導率較高的外屏蔽半導電材料，此方法信噪比往往較低。
在此基礎上，研究者采用將電纜外屏蔽層分段截斷和將電纜外屏蔽層電位懸空的方法，實現了全尺度電纜空間電荷測量。另有研究人員采用壓電電聲脈沖傳感器測量材料中空間電荷量的變化，結合等溫松弛電流理論和離散陷阱分布模型分析LDPE/SiO2、LDPE/ZnO、EP/SiO2等納米復合材料中陷阱分布信息，為定量表征聚合物絕緣材料載流子陷阱參數提供重要依據。
圖1 利用該種傳感器測量電纜空間電荷
壓電電聲脈沖傳感器的空間分辨率和靈敏度主要取決于電脈沖形狀和壓電傳感器自身性能，降低電脈沖寬度和壓電膜厚度可以有效提高傳感系統分辨率。L.Galloy等用2ns窄脈沖擾動源，以厚度1.5μm的P(VDF-TrFE)材料作為壓電傳感器，獲得46μm的空間分辨率；T.Maeno等采用5ns窄脈沖和4μm厚PVDF薄膜傳感器，獲得約3μm的分辨率；K.Kumaoka等用0.6ns超窄脈沖，以厚度1μm的PVDF壓電薄膜作為傳感器，將分辨率大幅提升至1.6μm。
本文編自2021年第7期《電工技術學報》，論文標題為“壓電材料與器件在電氣工程領域的應用”，作者為姚睿豐、王妍 等。
舉報/反饋
電磁脈沖傳感器顧名思義，電磁式傳感器根據電磁感應原理工作。
主要需要一個線圈（繞組）、一個磁場和“移動” 。 通過這種測量原理能夠以非接觸 （因此也不產生磨損） 方式測量角度、 距離和速度。
電磁脈沖傳感器的構造
1 永久磁鐵
2 曲軸傳感器殼體
3 發動機殼體
4 軟鐵芯
5 線圈
6 齒隙（基準標記）
7 氣隙
下面我們以曲軸傳感器介紹一下電磁式脈沖傳感器的功能。
曲軸傳感器是測量發動機轉速。它由一個永久磁體和一個帶有軟鐵芯的感應線圈構成。飛輪上裝有一個齒圈作為脈沖傳感器 （移動！）。
在電磁感應式傳感器與齒圈之間只有一個很小的間隙。經過線圈的磁流情況取決于傳感器對面是間隙還是輪齒。輪齒將散亂的磁流集中起來，而間隙則會削弱磁流。飛輪及齒圈轉動時，就會通過各個輪齒使磁場產生變化。
磁場變化時在線圈內產生感應電壓。每個單位時間內的脈沖數量是衡量飛輪轉速的標準。控制單元也可以通過已知的齒圈齒隙確定發動機的當前位置。通常使用60齒距的脈沖信號輪，缺少一或兩個輪齒的部位定為基準標記。發動機轉速是計算空燃混合氣和進行點火調節的主要控制參數。現在用霍爾傳感器取代感應式脈沖傳感器作為曲軸傳感器的情況越來越多。
同理在很多車的凸輪軸傳感器及輪速傳感器都用電磁式傳感器，了解了他的原理后我們就可以用萬用表去檢測的的電阻來衡量他的性能了。
另外，電磁脈沖傳感器是汽車防抱死剎車（ABS）系統的關鍵裝置，它能測定車輪是否還在轉動．如果測出車輪不再轉動，就會自動放松制動機構，讓輪子仍保持緩慢轉動狀態．
電磁脈沖傳感器的檢測
1.磁電式脈沖傳感器的和霍爾式傳感器的都要先檢查傳感器到靶輪之間的間隙。
2.磁電式的可以用電阻表檢測它的電阻，阻值一般在幾百到一千多歐之間，視車型而定。也可以起動發動機測量它的電壓，電壓應該隨著發動機轉速的升高而升高。
3.霍爾式的可以先測其是否有供電電壓（注意：測量時要打開電門），然后測量傳感器的接地。
最后測量信號，信號電壓應該是接近參考電壓和0V。
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脈沖磁場傳感器
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脈沖磁場傳感器針對現有技術存在的不足，提供一種可以在高速變化的非均勻強脈沖磁場中不受干擾地傳輸弱信號的高抗干擾信號傳輸電纜，及以此種傳輸電纜與霍爾器件組合構成的一種用以測量高速高幅值脈沖電流的電流傳感器。
脈沖磁場傳感器具有以下優點：1．采用高抗干擾信號傳輸電纜具有很高的抗干擾性能，除其端部的分叉部分外，將其在高速變化的非均勻強磁場中任意放置，也不會感應出影響測量精度的差模信號，此類信號傳輸電纜為在該環境條件下實現弱信號傳輸提供了有效的手段。2．高速高幅值脈沖電流傳感器體積小、結構簡單、精度高、實用性強，為高速高幅值脈沖電流特別是雷電流的測量提供了一種非常有效的手段。3．采用該種高速高幅值脈沖電流傳感器與雷電流峰值記錄儀配合，用于模擬雷電流峰值檢測時，在10千安到150千安的范圍內的測量結果與標準儀器的比對誤差在3%以內，該誤差中的大部分由信號處理電路產生。4．采用適當的簡單措施后，該類電流傳感器可用于高壓大電流測量，以取代目前所廣泛采用電流互感器，達到大大地降低成本、減小體積、提高測量精度的效果。
描述
單位時間內位移的增量就是速度。速度包括線速度和角速度，與之相對應的就有線速度傳感器和角速度傳感器，我們都統稱為速度傳感器。
旋轉式速度傳感器的結構和特征
旋轉式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類。
（1）接觸式
旋轉式速度傳感器與運動物體直接接觸，這類傳感器的工作原理如圖6所示。當運動物體與旋轉式速度傳感器接觸時，摩擦力帶動傳感器的滾輪轉動。裝在滾輪上的轉動脈沖傳感器，發送出一連串的脈沖。每個脈沖代表著一定的距離值，從而就能測出線速度V。
設D為滾輪直徑，單位為mm，滾輪每轉輸出πD個脈沖，則1個脈沖代表著1mm的距離值。設在時間t內脈沖計數為n，則線速度v為：
轉動脈沖傳感器產生脈沖的方式由表及里光電、磁電、電感應等多種。
每個脈沖代表的距離（mm）稱為脈沖當量。為了計算方便，脈沖當量常設定為距離mm的整數倍，這是正確使用傳感器的關鍵。
接觸式旋轉速度傳感器結構簡單，使用方便。但是接觸滾輪的直徑是與運動物體始終接觸著，滾輪的外周將磨損，從而影響滾輪的周長。而脈沖數對每個傳感器又是固定的。影響傳感器的測量精度。要提高測量精度必須在二次儀表中增加補償電路。另外接觸式難免產生滑差，滑差的存在也將影響測量的正確性。因此傳感器使用中必須施加一定的正壓力或著滾輪表面采用摩擦力系數大的材料，盡可能減小滑差。
（2）非接觸式
旋轉式速度傳感器與運動物體無直接接觸，非接觸式測量原理很多，以下僅介紹兩點，供參考。
［1］光電流速傳感器
如圖7所示，葉輪的葉片邊緣貼有反射膜，流體流動時帶動葉論旋轉，頁輪每轉動一周光纖傳輸反光一次，產生一個電脈沖信號。可由檢測到的脈沖數，計算出流速。使脈沖數與葉輪轉速再與流速建立關系。利用標定曲線V=kn+c計算流速V。其中：k為變換系數：c為預置值，n為葉輪轉速。可將葉輪的轉速直接換算成流速。
［2］光電風速傳感器
圖8示出，風帶動風速計旋轉，經齒輪傳動后帶動凸輪成比例旋轉。光纖被徒輪輪番遮斷形成一串光脈沖，經光電管轉換成定信號，經計算可檢測出風速。
非接觸式旋轉速度傳感器壽命長，無需增加補償電路。但脈沖當量不是距離（mm）整數倍，因此速度運算相對比較復雜。
旋轉式速度傳感器的性能可歸納如下：
（1）傳感器的輸出信號為脈沖信號，其穩定性比較好，不易受外部噪聲干擾，對測量電路無特殊要求。
（2）結構比較簡單，成本低，性能穩定可靠。功能齊全的微機芯片，使運算變換系數易于獲得，故目前速度傳感器應用極為普遍。
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