用于局部放电监测的热成型压电声学传感器技术的原理、校准及比较评估：综述

《IEEE Sensors Journal》：Sensing Principles, Calibration, and Comparative Assessment of Thermoformed Piezoelectret Acoustic Sensor Technology for Partial Discharge Monitoring: A Review

　　

摘要：

热成型压电换能器（TPTs）作为一种低成本的聚合物基声学传感器，已被用于高压绝缘系统中部分放电（PD）的监测。尽管先前的研究已经证明了其在实验室和现场条件下的可行性，但现有文献在材料设计、传感机制、实验验证、技术比较和校准等方面仍然存在碎片化现象。本文通过研究TPTs的微结构聚合物架构和机电特性，以及声波传播、结构耦合、传感器动态、模拟信号处理和信号处理对记录波形的影响，对这些方面进行了系统的整合和批判性评估。实验证据的进展涵盖了从受控空气间隙布置到油浸式变压器、带电设备的应用，以及与商用声发射传感器的比较和声电校准。此外，还將TPTs与其他传统的电气传感器、高频电流变压器、超高频压电陶瓷声发射传感器和光纤传感技术进行了对比。研究结果表明，在受控条件下，TPTs能够检测到与PD相关的声学信号，并且其测量结果与参考传感器具有高度一致性。然而，由于测量结果受缺陷类型、几何形状、传播介质、传感器位置、耦合条件、频率响应、采集链和校准程序的影响，声学幅度不能普遍转换为表观电荷。基于这些分析，本文提出了一个基于物理原理且符合计量学要求的框架来解释TPT的测量结果。TPTs被认为是在混合式和分布式传感系统中进行可扩展且成本敏感的声学监测的理想候选技术，前提是明确考虑校准范围、不确定性来源、长期稳定性和可移植性限制...

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引言

部分放电（PD）是一种发生在绝缘系统高应力区域的局部电击穿现象，这种放电不会完全破坏导体之间的绝缘。虽然单次放电释放的能量有限，但反复的PD活动会逐渐劣化绝缘材料，导致电力变压器、电缆、旋转机械和气体绝缘系统的故障[1]、[2]、[3]、[4]。因此，PD测量被广泛用于绝缘材料的质量评估、状态监测和维护计划[5]。

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