一、PEA技術(shù)概述

脈沖電聲法（Pulse Electro-Acoustic Method, PEA）是一種用于直接測量電介質(zhì)材料內(nèi)部空間電荷分布的關(guān)鍵技術(shù)。其原理在于通過檢測由空間電荷在外加脈沖電場作用下產(chǎn)生的聲信號，進(jìn)而反演并重構(gòu)出電荷在材料內(nèi)部的二維或三維分布圖像。該技術(shù)為研究絕緣材料的電荷輸運(yùn)、老化機(jī)理及性能評估提供了直接的數(shù)據(jù)支持。

二、工作原理與系統(tǒng)構(gòu)成

PEA測量系統(tǒng)基于電-力-聲的物理轉(zhuǎn)換原理

1.  脈沖激勵(lì)：系統(tǒng)向待測試樣施加一個(gè)幅值可調(diào)、寬度窄的高壓電脈沖。

2.  電荷受力與聲波激發(fā)：該脈沖電場在試樣內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)瞬態(tài)電場力，作用于存在于試樣內(nèi)部的空間電荷以及試樣兩端的界面電荷。根據(jù)庫侖定律，電荷在電場中會受到力的作用，從而產(chǎn)生一個(gè)微小的瞬時(shí)位移。這種位移會激發(fā)一個(gè)向外傳播的聲壓波，其波形和幅度包含了空間電荷的密度與分布信息。

3.  聲信號探測與轉(zhuǎn)換：產(chǎn)生的聲波穿過試樣，被緊貼于試樣背面的壓電傳感器（如PVDF薄膜）捕獲。該傳感器將聲波的機(jī)械振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的、成比例的電信號。

4.  信號處理與圖像重：由于聲波在傳播過程中會發(fā)生衰減和畸變，從傳感器輸出的信號非常微弱且混雜噪聲。系統(tǒng)通過使用高靈敏度、寬頻帶的前置放大器進(jìn)行信號放大，并利用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集。通過特定的反卷積算法對采集到的信號進(jìn)行處理，系統(tǒng)響應(yīng)和傳播效應(yīng)的影響，從而計(jì)算出空間電荷的密度分布、電場分布隨位置和時(shí)間的變化關(guān)系。

三、PEA技術(shù)的優(yōu)勢

1.  非破壞性與原位檢測能力：PEA技術(shù)無需與材料內(nèi)部的電荷直接接觸，也無需對試樣進(jìn)行切割或特殊處理，可實(shí)現(xiàn)試樣在電場應(yīng)力下的原位、實(shí)時(shí)測量，對研究電荷動(dòng)力學(xué)過程至關(guān)重要。

2.  高空間分辨率與靈敏度：得益于超短脈沖的運(yùn)用，PEA技術(shù)能夠分辨出微米量級的電荷層分布，對材料內(nèi)部、界面處的微小電荷積聚和脫陷現(xiàn)象具有高的探測靈敏度。

3.  測量效率高：單次測量過程迅速，結(jié)合信號平均技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)獲得信噪比較高的結(jié)果，支持對大面積區(qū)域或不同點(diǎn)位進(jìn)行快速掃描檢測。

4.  材料適用性：該技術(shù)不僅適用于金屬電極，更廣泛應(yīng)用于各類固體和柔性電介質(zhì)材料，如聚乙烯（PE）、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等聚合物絕緣材料，以及陶瓷、復(fù)合介質(zhì)等，在電力裝備、電子元器件的絕緣可靠性評估中發(fā)揮著重要作用。