絕緣材料(liao)空(kong)間(jian)電(dian)荷(he)的PEA測(ce)量技術(shu)及應(ying)用

壹、PEA技術(shu)概(gai)述(shu)

脈沖電(dian)聲法（Pulse Electro-Acoustic Method, PEA）是壹種(zhong)用於直接測(ce)量電(dian)介(jie)質(zhi)材料(liao)內(nei)部空間電(dian)荷(he)分布的(de)關鍵(jian)技術(shu)。其(qi)原理(li)在(zai)於通過(guo)檢測由(you)空間(jian)電(dian)荷(he)在(zai)外(wai)加(jia)脈沖電(dian)場(chang)作(zuo)用(yong)下產生(sheng)的(de)聲信(xin)號(hao)，進(jin)而(er)反(fan)演並(bing)重構(gou)出電(dian)荷(he)在(zai)材料(liao)內(nei)部的二維(wei)或(huo)三(san)維(wei)分(fen)布圖(tu)像(xiang)。該技術(shu)為研究絕緣材料(liao)的(de)電(dian)荷(he)輸運、老化機(ji)理(li)及性能(neng)評估(gu)提(ti)供(gong)了直接的(de)數(shu)據(ju)支持。

二、工(gong)作原理(li)與(yu)系(xi)統(tong)構(gou)成

PEA測(ce)量系統(tong)基(ji)於電(dian)-力-聲的(de)物(wu)理(li)轉(zhuan)換原理(li)

1.  脈沖激(ji)勵：系統(tong)向(xiang)待(dai)測試(shi)樣施(shi)加(jia)壹個(ge)幅值(zhi)可調(tiao)、寬(kuan)度窄的(de)高壓電(dian)脈沖。

2.  電(dian)荷(he)受力與(yu)聲波激發(fa)：該脈沖電(dian)場(chang)在(zai)試樣(yang)內(nei)部產生(sheng)壹個(ge)瞬(shun)態電(dian)場(chang)力，作(zuo)用(yong)於存在(zai)於試樣(yang)內(nei)部的空間電(dian)荷(he)以及試樣(yang)兩端(duan)的(de)界(jie)面電(dian)荷(he)。根據(ju)庫(ku)侖(lun)定(ding)律(lv)，電(dian)荷(he)在(zai)電(dian)場(chang)中(zhong)會(hui)受(shou)到力的(de)作(zuo)用，從(cong)而(er)產生(sheng)壹個(ge)微小(xiao)的(de)瞬(shun)時位移。這(zhe)種(zhong)位移會激(ji)發(fa)壹個(ge)向外(wai)傳(chuan)播(bo)的聲壓(ya)波，其(qi)波形和(he)幅度(du)包(bao)含(han)了空間(jian)電(dian)荷(he)的密(mi)度與(yu)分(fen)布信(xin)息(xi)。

3.  聲信(xin)號(hao)探測(ce)與(yu)轉(zhuan)換：產生(sheng)的(de)聲波穿(chuan)過(guo)試樣(yang)，被(bei)緊貼(tie)於試樣(yang)背面的壓(ya)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)（如PVDF薄(bo)膜(mo)）捕(bu)獲。該傳(chuan)感(gan)器(qi)將聲波的機(ji)械(xie)振(zhen)動信(xin)號(hao)轉(zhuan)換為與(yu)之(zhi)對(dui)應(ying)的、成比例的電(dian)信(xin)號(hao)。

4.  信(xin)號(hao)處(chu)理與(yu)圖(tu)像(xiang)重：由(you)於聲波在(zai)傳(chuan)播(bo)過(guo)程中會發(fa)生衰減和(he)畸變，從(cong)傳(chuan)感(gan)器(qi)輸出的(de)信號(hao)非(fei)常(chang)微弱(ruo)且(qie)混雜噪聲。系(xi)統(tong)通過(guo)使用高靈敏度、寬頻(pin)帶的前置放(fang)大(da)器(qi)進(jin)行信(xin)號(hao)放(fang)大(da)，並(bing)利用高速(su)數據(ju)采(cai)集(ji)卡(ka)進(jin)行采(cai)集(ji)。通過(guo)特(te)定(ding)的(de)反(fan)卷積算(suan)法對(dui)采(cai)集(ji)到的信號(hao)進(jin)行處(chu)理，系(xi)統(tong)響(xiang)應(ying)和(he)傳(chuan)播(bo)效(xiao)應(ying)的影響，從(cong)而(er)計(ji)算(suan)出空(kong)間電(dian)荷(he)的密(mi)度分布、電(dian)場(chang)分(fen)布隨(sui)位置和(he)時間(jian)的變化關系。

三(san)、PEA技術(shu)的(de)優(you)勢(shi)

1.  非(fei)破壞性與(yu)原位檢測能(neng)力：PEA技術(shu)無(wu)需(xu)與(yu)材料(liao)內(nei)部的電(dian)荷(he)直接接觸(chu)，也(ye)無(wu)需(xu)對(dui)試樣(yang)進(jin)行切(qie)割或特(te)殊(shu)處(chu)理，可(ke)實(shi)現試樣在(zai)電(dian)場(chang)應(ying)力下的(de)原位、實時測(ce)量，對(dui)研究電(dian)荷(he)動力學(xue)過(guo)程至(zhi)關重要(yao)。

2.  高空間分辨(bian)率(lv)與(yu)靈(ling)敏度：得(de)益(yi)於超(chao)短(duan)脈沖的(de)運用，PEA技術(shu)能(neng)夠(gou)分辨(bian)出微米量級(ji)的電(dian)荷(he)層(ceng)分(fen)布，對(dui)材料(liao)內(nei)部、界(jie)面處(chu)的微小(xiao)電(dian)荷(he)積聚(ju)和(he)脫陷(xian)現象具有(you)高的探測(ce)靈敏度。

3.  測量效(xiao)率(lv)高：單次(ci)測量過(guo)程迅速(su)，結合信(xin)號(hao)平(ping)均(jun)技術(shu)可(ke)在(zai)短(duan)時間(jian)內(nei)獲得(de)信(xin)噪比較高的結果(guo)，支持對(dui)大(da)面積區(qu)域(yu)或不(bu)同點位進(jin)行快(kuai)速(su)掃描檢測。

4.  材料(liao)適(shi)用性(xing)：該技術(shu)不(bu)僅適(shi)用於金屬(shu)電(dian)極(ji)，更(geng)廣(guang)泛應(ying)用於各類(lei)固(gu)體(ti)和(he)柔(rou)性(xing)電(dian)介(jie)質(zhi)材料(liao)，如(ru)聚(ju)乙(yi)烯（PE）、環(huan)氧(yang)樹(shu)脂、聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺等聚合物(wu)絕緣材料(liao)，以及陶瓷(ci)、復合介(jie)質(zhi)等，在(zai)電(dian)力裝(zhuang)備、電(dian)子元器件的絕緣可(ke)靠性(xing)評估(gu)中(zhong)發(fa)揮(hui)著重要(yao)作(zuo)用。