發布日期：2022-10-09 點擊率：156
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）。
壓電電壓傳感器工作原理如圖1所示，其主要基于逆壓電效應，將施加于壓電材料上的電信號轉換為位移或者形變信號，再進一步通過其他方式進行檢測，進而實現對電壓信號的量測。
圖1 壓電電壓傳感器檢測示意圖
壓電電壓傳感器可分為基于應力檢測的壓電電壓傳感器、基于光檢測的壓電電壓傳感器和基于電容值檢測的壓電電壓傳感器。
1 基于應力檢測的壓電電壓傳感器
壓電電壓傳感器研究早期，K.Kawamura等使用壓力傳感器對壓電材料的電致應變進行檢測，如圖2所示。檢測電壓峰值可達26kV，測量誤差小于2%，頻率測量范圍0~2.5kHz。但此類傳感器檢測范圍和精度易受附加壓力傳感器限制，且需額外電源供電，增加了電壓傳感器的復雜性，難以滿足新型傳感器小型化、無源、抗干擾能力強等要求，實際應用困難。
圖2 基于應力檢測的壓電電壓傳感器
2 基于光檢測的電壓傳感器
相比于基于應力檢測，通過利用無源光學器件測量壓電材料形變更為便捷。K.M.Bohnert等將石英壓電晶體與雙模光纖聯用，通過檢測光纖中的相干光相位變化對壓電材料形變進行測量，頻率測量范圍50Hz~11kHz，測量電壓高達520kV，但其設備體積較為龐大；另有研究人員聯用PZT等高壓電性能陶瓷多晶與光柵器件，將難以準確測量的壓電材料形變轉換為光柵中心波長變化進行檢測，有效提高了測試精度。
G. Fusiek等使用多個厚度為4mm的PZT壓電陶瓷片構成疊層結構，以放大壓電陶瓷在同等電壓下的位移大小。傳感器最大量程5kV，頻率測量范圍50Hz~20kHz。研究者采用外加鋁制結構對壓電陶瓷到光纖光柵的位移進行傳遞，減小了對單個壓電陶瓷片厚度的要求，但位移的多次傳遞可能引入額外的測量誤差。
3 基于電容值檢測的電壓傳感器
此外，Xue Fen等將兩層極化方向相反、兩端固定的PVDF壓電薄膜疊加成電容的上電極，外加固定的電容下電極組成壓電式電壓傳感器。當外加電場變化時，PVDF薄膜發生彎折電容極板結構變化，導致電容值發生變化，通過實時測量電容值來反推外加電場的信息。
盡管壓電聚合物薄膜（PVDF）在厚度方向的伸縮振動諧振頻率遠高于普通壓電陶瓷，可獲得接近10MHz寬頻帶響應和22kV/cm的測量量程，但由于其壓電系數遠遠小于普通的壓電陶瓷，形變通常在nm級，即使使用光學器件也很難對其檢測，因此使用PVDF進行電壓/電場傳感研究的難點在于將微納級形變轉換為其他可測、易測的物理量。
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。
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摘要：
一種電壓傳感器,包括兩根光學傳感光纖(10a,10b)和控制單元(1).該傳感光纖(10a,10b)傳送第一模式和第二模式的光,其被正交地極化,在該兩個模式之間的雙折射率取決于待測電壓.控制單元適配于產生對于傳感元件中的兩種模式的光并且用于測量在該兩種模式之間所遭受的相位延遲.在控制單元(1)和傳感光纖(10a,10b)之間布置了45°法拉第旋轉器(9).該法拉第旋轉器(9)允許將傳感光纖及其相關部件的行為轉換成具有偏振—旋轉的反射的磁光電流傳感器的行為,該電流傳感器反過來允許使用為光學陀螺儀和電流傳感器而開發的高級測量技術.
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光照傳感器
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光照傳感器是一種傳感器，用于檢測光照強度，簡稱照度，工作原理是將光照強度值轉為電壓值，主要用于農業林業溫室大棚培育等。
中文名
光照傳感器
工作電壓
DC5～24V（電壓型）
原 理
將光照強度值轉為電壓值
用 途
用于農業林業溫室大棚培育等
目錄
1
簡介
2
測量對象
3
光照范圍
?
自然光照的范圍
?
人工光照的范圍
4
常用選型舉例
光照傳感器簡介
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設面元dS 上的光通量為dΦ，則此面元上的照度E為：E=dΦ/dS 。照度的單位為lx（勒克斯）,也有用lux的，1lx=1lm/㎡。照度表示物體表面積被照明程度的量。
光照傳感器測量對象
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自然光照，日光照射即為自然光照。人工光照，燈光照明即為人工光照。
光照傳感器光照范圍
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光照傳感器自然光照的范圍
夏季在陽光直接照射下，光照強度可達6萬～10萬lx，沒有太陽的室外0.1萬～1萬lx，夏天明朗的室內100～550lx，夜間滿月下為0.2lx。
光照傳感器人工光照的范圍
白熾燈每瓦大約可發出12.56lx的光，但數值隨燈泡大小而異，小燈泡能發出較多的流明，大燈泡較少，熒光燈的發光效率是白熾燈的3～4倍。壽命是白熾燈的9倍，但價格較高 但是一個不加燈罩的白熾燈泡所發出的光線中，約有30%的流明被墻壁、頂棚、設備等吸收；燈泡的質量差與陰暗又要減少許多流明，所以大約只有50%的流明可利用。一般在有燈罩、燈高度為2.0～2.4m(燈泡距離為高度的1.5倍)時，每0.37m2面積上需lW燈泡或1m2，面積上需2.7W燈泡可提供10.76lx。燈泡安裝的高度及有無燈罩對光照強度影響很大。
光照傳感器常用選型舉例
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HA2003 光照傳感器原理：采用先進光電轉換模塊，將光照強度值轉化為電壓值，再經調理電路將此電壓值轉換為0～2V或4～20mA產品簡介高精度的光照強度測量體積小巧，IP65防護等級設計傳感器結實、耐腐蝕響應速度快，<1秒可選用電壓或電流輸出，電流輸出在長纜線傳輸的時候沒有信號衰減采用真實太陽光標定，使光源影響最小技術規格：量 程：0～20萬lx光譜范圍：400～700（nm）可見光誤 差：±5%工作電壓：DC5～24V（電壓型）DC12～24V（電流型）輸出信號：0～2V、0～5V、0～10V、0～20mA 、4～20mA工作溫濕度:-20℃～60℃、0～70%RH儲存溫濕度:-30℃～80℃、0～80%RH大氣壓力:80～110KPa長 度：3米最遠引線長度：800米(電流型)響應時間：< 1 秒穩定時間：1秒電路密封：防水塑料殼子用途：廣泛應用于農業、林業、溫室大棚培育、養殖、建筑的光照測量及研究。全套產品附件：
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可見光傳感器，是一種敏感的電子元件。
中文名
可見光傳感器
工作電壓
2.4--12v
焊接溫度
260攝氏度
特 性
暗電流小，低照度響應等
目錄
1
參數：
2
特性：
3
應用：
可見光傳感器參數：
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語音
工作電壓范圍：2.4--12v工作溫度范圍：-20to + 75 攝氏度存儲溫度：-40to+120 攝氏度焊接溫度：260攝氏度靜態電流：< 5uA @<1Lux uA
可見光傳感器特性：
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1.暗電流小，低照度響應，靈敏度高，電流隨光照度增強曾線性變化2.內置雙敏感源，自動衰減近紅外，光譜響應接近人眼函數曲線3.內置微信號CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓范圍寬，溫度穩定性好。4.可選光學納米材料封裝，可見光透過，紫外線截止、近紅外相對衰減，增強了光學濾波效果。
可見光傳感器應用：
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1.背光調節：電視機、電腦顯示器、LED背光、手機、數碼相機等。2.節能控制：室外廣告機、感應照明器具、玩具。3.儀器儀表：測量光照度的儀器及工程控制。4.環保替代：替代傳統光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管。
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