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基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化
1
作者
于永洁
杜昱錡
+1 位作者
黄仕磊
甘芳吉
《郑州大学学报（工学版）》
CAS
北大核心
2025年第1期98-104,112,共8页
基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨...
基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨粉和硅胶设计针对柔性超声传感器的背衬层,在保持传感器整体柔性的同时使传感器的信号电压幅值提高了200%。其次,根据柔性超声传感器的电学特性提出了柔性超声传感器阻抗匹配优化方法,并通过实验获得最佳匹配参数,使传感器的信噪比从2 dB提高到30 dB。优化后的柔性超声传感器具有宽频带、高频率、窄脉冲的优良性能,对不同曲率、不同壁厚的管道试件厚度的测量实验结果表明其可以达到0.01 mm的精度。
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关键词
柔性超声传感器
背衬层匹配
阻抗匹配
信噪比
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职称材料
电缆局部放电超声检测用高灵敏度柔性PZT压电超声传感器
2
作者
颜育
姚露露
+3 位作者
吴明
刘泳斌
高景晖
钟力生
《高电压技术》
北大核心
2025年第7期3225-3233,共9页
传统压电陶瓷超声传感器检测电缆局部放电时存在声学界面失配现象,局部放电超声信号在传播过程中严重衰减,因此传统压电陶瓷超声传感器无法高灵敏度地检测电缆局部放电。针对该现象,根据声阻抗匹配原则与电磁屏蔽需求设计制备了一种基...
传统压电陶瓷超声传感器检测电缆局部放电时存在声学界面失配现象,局部放电超声信号在传播过程中严重衰减,因此传统压电陶瓷超声传感器无法高灵敏度地检测电缆局部放电。针对该现象,根据声阻抗匹配原则与电磁屏蔽需求设计制备了一种基于锆钛酸铅(Pb(Zr_(0.52),Ti_(0.48))O_(3),PZT)压电薄膜的柔性超声传感器;研究了不同极化方式对柔性传感器灵敏度的影响,测试了封装后柔性传感器的电磁屏蔽性能、灵敏度曲线以及方向敏感性;在此基础上,开展了基于柔性传感器的真型电缆气隙模型的局部放电超声信号检测实验。结果表明:该文设计制备的柔性传感器具有良好的电磁屏蔽性能,且不具有方向敏感性,在30~200 kHz范围内的灵敏度平均值与峰值分别为51.8 dB与53.8 dB;在真型电缆的气隙放电超声检测中,柔性传感器的检测灵敏度为传统压电陶瓷超声传感器的1.57倍。
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关键词
电力电缆
局部放电
超声
检测
柔性
PZT压电
超声
传感器
PZT薄膜
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职称材料
电力设备局部放电超声、特高频一体化传感技术
被引量：
20
3
作者
张国治
鲁昌悦
+3 位作者
周红
田晗绿
余星雨
张晓星
《高电压技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第12期5090-5101,共12页
新型数字化电力系统的快速发展对电力设备运行状态的集成化智能感知提出了更高的要求,针对电力设备局部放电(partial discharge,PD)超声波法和特高频法传感器功能单一,无法实现PD绝缘缺陷全面高灵敏感知技术难题,以及超声波和特高频天...
新型数字化电力系统的快速发展对电力设备运行状态的集成化智能感知提出了更高的要求,针对电力设备局部放电(partial discharge,PD)超声波法和特高频法传感器功能单一,无法实现PD绝缘缺陷全面高灵敏感知技术难题,以及超声波和特高频天线传感器刚性结构在弧形结构电力设备上安装复杂的问题,为此通过对柔性超声、特高频传感器研究现状及结构的总结分析提出了柔性超声、特高频一体化传感技术,并初步构建了基于PVDF压电基底和改进型叉指电极的柔性超声、特高频一体化传感器结构模型,分别采用COMSOL、HFSS对一体化传感器的超声频响特性及特高频电磁波频响特性进行仿真研究,仿真结果表明:一体化传感器对20~200 kHz频段内的超声波信号均有位移响应;一体化传感器在0.4~0.45、0.55~0.6、1.7~3GHz这3个频段内的驻波比均小于5,最后搭建PD实验平台对研制的一体化传感器同时感知PD辐射超声波信号和特高频信号的可行性进行实验验证。实验结果表明超声、特高频一体化传感器可以同时感知PD超声波信号和特高频信号。该研究内容为电力设备PD关键特征信号的集成化传感提供了新的解决思路。
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关键词
电力设备
局部放电
柔性超声传感器
柔性
特高频
传感器
一体化传感技术
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职称材料
题名
基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化
1
作者
于永洁
杜昱錡
黄仕磊
甘芳吉
机构
四川大学机械工程学院
成都大学电子信息与电气工程学院
出处
《郑州大学学报（工学版）》
CAS
北大核心
2025年第1期98-104,112,共8页
基金
四川省科技创新创业苗子工程(2021JDRC0090)。
文摘
基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨粉和硅胶设计针对柔性超声传感器的背衬层,在保持传感器整体柔性的同时使传感器的信号电压幅值提高了200%。其次,根据柔性超声传感器的电学特性提出了柔性超声传感器阻抗匹配优化方法,并通过实验获得最佳匹配参数,使传感器的信噪比从2 dB提高到30 dB。优化后的柔性超声传感器具有宽频带、高频率、窄脉冲的优良性能,对不同曲率、不同壁厚的管道试件厚度的测量实验结果表明其可以达到0.01 mm的精度。
关键词
柔性超声传感器
背衬层匹配
阻抗匹配
信噪比
Keywords
flexible ultrasonic sensors
backing layer matching
impedance matching
signal-to-noise ratio
分类号
TP212 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
TH89 [机械工程—精密仪器及机械]
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职称材料
题名
电缆局部放电超声检测用高灵敏度柔性PZT压电超声传感器
2
作者
颜育
姚露露
吴明
刘泳斌
高景晖
钟力生
机构
电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学)
出处
《高电压技术》
北大核心
2025年第7期3225-3233,共9页
基金
国家自然科学基金(52407026)。
文摘
传统压电陶瓷超声传感器检测电缆局部放电时存在声学界面失配现象,局部放电超声信号在传播过程中严重衰减,因此传统压电陶瓷超声传感器无法高灵敏度地检测电缆局部放电。针对该现象,根据声阻抗匹配原则与电磁屏蔽需求设计制备了一种基于锆钛酸铅(Pb(Zr_(0.52),Ti_(0.48))O_(3),PZT)压电薄膜的柔性超声传感器;研究了不同极化方式对柔性传感器灵敏度的影响,测试了封装后柔性传感器的电磁屏蔽性能、灵敏度曲线以及方向敏感性;在此基础上,开展了基于柔性传感器的真型电缆气隙模型的局部放电超声信号检测实验。结果表明:该文设计制备的柔性传感器具有良好的电磁屏蔽性能,且不具有方向敏感性,在30~200 kHz范围内的灵敏度平均值与峰值分别为51.8 dB与53.8 dB;在真型电缆的气隙放电超声检测中,柔性传感器的检测灵敏度为传统压电陶瓷超声传感器的1.57倍。
关键词
电力电缆
局部放电
超声
检测
柔性
PZT压电
超声
传感器
PZT薄膜
Keywords
power cable
partial discharge
ultrasonic detection
flexible PZT piezoelectric ultrasonic sensor
PZT film
分类号
TM247 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
电力设备局部放电超声、特高频一体化传感技术
被引量：
20
3
作者
张国治
鲁昌悦
周红
田晗绿
余星雨
张晓星
机构
湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心
国网湖南省电力有限公司经济技术研究院
出处
《高电压技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第12期5090-5101,共12页
基金
国家自然科学基金(52107144)
湖北省教育厅科技项目(Q20211401)
湖北省自然科学基金(2020CFB166)。
文摘
新型数字化电力系统的快速发展对电力设备运行状态的集成化智能感知提出了更高的要求,针对电力设备局部放电(partial discharge,PD)超声波法和特高频法传感器功能单一,无法实现PD绝缘缺陷全面高灵敏感知技术难题,以及超声波和特高频天线传感器刚性结构在弧形结构电力设备上安装复杂的问题,为此通过对柔性超声、特高频传感器研究现状及结构的总结分析提出了柔性超声、特高频一体化传感技术,并初步构建了基于PVDF压电基底和改进型叉指电极的柔性超声、特高频一体化传感器结构模型,分别采用COMSOL、HFSS对一体化传感器的超声频响特性及特高频电磁波频响特性进行仿真研究,仿真结果表明:一体化传感器对20~200 kHz频段内的超声波信号均有位移响应;一体化传感器在0.4~0.45、0.55~0.6、1.7~3GHz这3个频段内的驻波比均小于5,最后搭建PD实验平台对研制的一体化传感器同时感知PD辐射超声波信号和特高频信号的可行性进行实验验证。实验结果表明超声、特高频一体化传感器可以同时感知PD超声波信号和特高频信号。该研究内容为电力设备PD关键特征信号的集成化传感提供了新的解决思路。
关键词
电力设备
局部放电
柔性超声传感器
柔性
特高频
传感器
一体化传感技术
Keywords
power system
partial discharge
flexible ultrasonic sensor
flexible UHF sensor
integrated sensing technology
分类号
TM855 [电气工程—高电压与绝缘技术]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化
于永洁
杜昱錡
黄仕磊
甘芳吉
《郑州大学学报（工学版）》
CAS
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
电缆局部放电超声检测用高灵敏度柔性PZT压电超声传感器
颜育
姚露露
吴明
刘泳斌
高景晖
钟力生
《高电压技术》
北大核心
2025
0
在线阅读
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职称材料
3
电力设备局部放电超声、特高频一体化传感技术
张国治
鲁昌悦
周红
田晗绿
余星雨
张晓星
《高电压技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
20
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职称材料
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