沖電聲法(PEA)直流或交流場下的空間電荷測量系統

工作原理//////////////////////////////////////////////////////////

在絕緣材料樣品的電極之間施加周期性的高壓脈沖。這種脈沖的特點是上升時間很快，持續(xù)時間很短。絕緣材料的試樣也要經受高壓直流電(等級取決于試樣的厚度和形狀)，這會導致絕緣材料層中的空間電荷積聚。每個脈沖產生的電場擾動絕緣材料中的內部電荷。這些電荷在每一層都產生相應的聲壓波。壓電傳感器檢測聲波，利用傳感器信號獲得空間電荷分布。為了描述空間電荷分布及其時間特性，可以對施加每個高壓脈沖后檢測到的此類信號進行詳 細分析。 目前，絕大多數的電聲脈沖法(pulsed electro- acoustic method，PEA)空間電荷測量裝置均使用 β相的聚偏 氟乙烯(polyvinylidene ?uoride，PVDF)有機聚合物薄膜作為壓電傳感器。在溫度低于 90℃時，PVDF 才能保持其壓 電性能穩(wěn)定。在 70℃~90℃范圍內，其壓電應變常數(d33)隨溫度升高反而減小。因此，現有的絕大多數空間電荷測量 只在 70℃以內進行。日本武藏工業(yè)大學Tatsuo Takada教授的課題組采用過鈮酸鋰(LiNbO3)壓電元件，開發(fā)了適用于高溫(可高達150℃)時 PEA 法空間電荷測量裝置。由于加工工藝和成本的限制，很難獲得厚度小于50μm的LiNbO3 壓電晶片。與 PVDF 等 有機聚合物傳感器相比，雖然無機晶體LiNbO3 適用溫度高，并且聲波透射系數大(以鋁板作為下電極時)，但是壓電電壓常數小、性能綜合評價系數低、難加工成很薄的壓電晶片。華測儀器選擇新型耐高溫共聚物壓電傳感器、重新設計電極 系統，開發(fā)了適用于高溫下(≤110℃)的PEA 法空間電荷測量系統，分析了溫度對壓電傳感器性能、聲信號的傳播特 性和穿過介質特性的影響，得出了對放大器輸出的電壓信號和空間電荷密度值的影響因素，進而校正了溫度對 PEA 測量系統的影響。利用建立的高溫 PEA 法空間電荷測量系統，測量了純環(huán)氧試樣在不同溫度下空間電荷產生、積聚及消散的特性。

脈