电缆中的压电效应?

电器工程 电缆 压电
2022-01-20 06:11:33

我在连接光电二极管的 3m 长电缆上使用了一个非常灵敏的跨阻放大器。信号电平约为 70 nA - 700 nA。撞击电缆会导致放大器输出端出现较大的电压尖峰。绝缘材料为 FEP。

这可能是电缆绝缘层中的压电效应吗?

编辑:这是一个典型的电压尖峰。当我弯曲、摇晃或敲击电缆时会发生这种情况。 碰撞电缆时的电压尖峰

4个回答

可能是摩擦电效应。

您可以找到为乐器制造的电缆,该电缆在屏幕和中心导体的绝缘层之间用低电阻碳浸渍层(他们称之为半导体!)进行屏蔽,这在处理高 Z 源时很有帮助,因为它可以最大限度地减少运动引起的噪音。

添加到杰克的答案:

摩擦电效应就像每天的静电一样:摩擦电介质会撕裂一些电子并产生电荷。

这将创建一个电流 (i=dq/dt)/

这将如何影响您的测量与驱动电缆的电路的阻抗成正比。根据欧姆定律,产生的误差电压为 Z*i。如果电缆由放大器的低阻抗输出驱动,那么效果通常根本不重要。

但是您正在测量微小的光电二极管电流,所以这很重要。

还有另一个影响:你的同轴电缆是一个电容器。如果它被充电到直流电压(不是 0V),那么弯曲它会改变它的电容。由于电缆电容内的电荷是恒定的,因此改变电容会改变电压。同样,这仅在高阻抗设置中很重要……就像您的设置一样。

解决方案:

  • 杰克所说的一切

...和显而易见的一个,虽然并不总是可能的:

  • 将放大器放在光电二极管旁边,让其低阻抗输出驱动电缆。

如果您想要非摩擦电同轴电缆,您必须搜索的关键字是“低噪声同轴电缆”。这是一种在绝缘层之间具有石墨/碳基电阻层的同轴电缆,可消除摩擦产生的任何电荷。然而,它们很难找到并且价格昂贵。例如,它们用于心电图或使用压电传感器进行振动测量。

我还支持使用舞台麦克风电缆:音乐家喜欢电缆,当有人踩到电缆时,扬声器不会产生 THUMP。如果您走进任何一家音乐/吉他商店并索要这种电缆,销售人员就会知道您在说什么。他们可能不知道所涉及的物理原理,但他们会知道客户退回电缆,因为你是麦克风......

这些电缆通常在电线周围有棉填充物,弯曲时不会产生电荷。

我使用平衡舞台麦克风电缆进行音频测量:它们便宜、容易获得并且工作得很好。不需要花哨的发烧友的东西。

如果您想要同轴电缆,请尝试使用吉他电缆。它们是为相同的设置而设计的:微小的信号、大量的痉挛运动、高阻抗设置……但这些不会被指定用于 HF 阻抗。

这听起来像是电缆中的麦克风效应。它来自多个来源,其中一些已在其他答案中提到,包括

  • 表面电荷在绝缘体上积聚,然后在电缆弯曲时释放
  • 摩擦电效应(即摩擦)
  • 压电效应(在绝缘体中,而不是铜中)

它也可以是电容或电感拾取。如果您已经拥有带接地屏蔽的优质屏蔽电缆,则这种可能性较小。

常见的解决方案包括:

  • 带有微导电包装材料的电缆,可以释放任何累积的电荷
  • 具有不同绝缘体材料的电缆,不易受电荷积聚或摩擦电/压电效应的影响。
  • 较硬的电缆不易弯曲并因此产生噪音。
  • 具有大量填充物的较大直径电缆,可减少单个芯线的弯曲。
  • 在不太可能受到碰撞/干扰的地方铺设电缆。
  • 用泡沫覆盖或保护电缆,以避免从环境中拾取声音。
  • 用钉子钉住它们或以其他方式固定它们,以免它们被碰撞/移动,但要小心不要挤压或损坏它们。

为舞台音频使用而设计的电缆在这里可能会很好,因为它们通常是非麦克风的。发烧友市场上有很多价格过高的垃圾,但也有一些不错的产品——尽管为音频使用而过度设计——非常适合精密实验室设备。

铜不表现出任何明显的压电效应。

可能发生的情况是,小电荷正在电缆绝缘层的外部移动。绝缘层基本上是电容器的电介质,信号线位于电容器的一侧。当电缆四处移动并接触到可能带有各种静电荷的不同物体时,通过电容器会产生小电流。

通常这些电流太小而无所谓,但在您的情况下,您正在专门放大它们。

解决方案是使用屏蔽电缆。然后绝缘电容器位于屏蔽层和外部的任何东西之间。中心导体对屏蔽层有一个相对恒定的电容,该电容由您的电路保持在恒定电压。