Page 118 - 《振动工程学报》2025年第11期

2576 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

合，提高信号耦合效率和信噪比。因此，薄膜传感器 频、动态微弱信号的信噪比。而压电陶瓷声发射传
可用于器件的键合线退化、过栅压失效及短路检测 感器虽然信号强度较高，但其应用需要注意高刚度
等会引起低频信号显著变化的应用场景，为相关故 带来的负载效应及其脆性对检测结果的影响。压电
障的早期识别提供高灵敏度监测手段。 薄膜传感器具备轻薄柔性、安装适应性强等优势，
可在低频、小幅振动信号检测中实现较高灵敏度。
0.0100
102 A 但是其输出电平低、抗干扰能力弱，信号能量显著
75 A 低于压电陶瓷声发射传感器，工程应用中需配合高
0.0075 50 A
阻抗、低噪声放大与屏蔽措施。

幅值 / V 0.0050 3.5 0.7

3.0 压电陶瓷 0.6
压电薄膜
0.0025 2.5 0.5
能量 / (V 2 ·s) 2.0 0.4 能量 / (V 2 ·s)

0
0 50 100 150 200 1.5 0.3
频率 / kHz
(a) 压电陶瓷声发射传感器检测信号频谱 1.0 0.2
(a) Frequency spectra of signals detected by
piezoelectric ceramic AE sensors 0.5 0.1
×10 −3
1.2 0 0
40 50 60 70 80 90 100 110
102 A 电流 / A
75 A
0.9 50 A 图 17 不同传感器测量的 IGBT 器件自激电磁振动信号能量
随关断电流的变化曲线
幅值 / V 0.6 Fig. 17 Variation curves of SEMV signal energy of IGBT
devices with turn-off current measured by different
sensors

0.3
表 2 不同关断电流下传感器测量的自激电磁振动信号能量
Tab. 2 SEMV signal energy measured by sensors under
0
0 50 100 150 200 different turn-off currents

频率 / kHz
2
2
关断电流/A 压电陶瓷信号能量/(V ·s) 压电薄膜信号能量/(V ·s)
(b)压电薄膜传感器检测信号频谱
(b) Frequency spectra of signals detected by 49 0.4860 0.0126
piezoelectric thin film sensors 56 0.6665 0.0172

图 16 不同关断电流下的自激电磁振动信号频谱 62 0.8605 0.0178
68 1.0842 0.0232
Fig. 16 Frequency spectra of SEMV signals under different
75 1.3595 0.0283
turn-off current
82 1.6181 0.0350
图 17 和表 2 为两种传感器检测的自激电磁振动 88 1.9731 0.0421
95 2.3991 0.0523
信号能量特征。压电薄膜和压电陶瓷声发射传感器
102 3.0005 0.0614
的自激电磁振动信号能量均随关断电流的增大而呈
单调上升趋势，但压电陶瓷声发射传感器在相同电 综上所述，压电薄膜传感器在不同关断电流工
流条件下的输出能量明显高于压电薄膜。这一现象 况下的自激电磁振动信号能量响应变化趋势与传统
与其更高的压电常数和机械耦合系数有关，该特性 压电陶瓷声发射传感器基本一致，并且在 50 kHz 以
使其在相同应力条件下能够产生更大的电信号。而 下的低频范围内能够实现自激电磁振动信号的相对
压电薄膜虽然能量输出较低，但自激电磁振动信号 稳定检测。

能量随着关断电流的变化趋势与压电陶瓷声发射传
感器几乎一致，说明压电薄膜传感器在不同关断电 6 结 论
流工况下的良好应用能力。压电薄膜传感器检测的
信号能量较为微弱，其实际应用需重点关注高阻抗 本研究围绕 IGBT 器件在关断瞬态自激电磁振
放大、严格电磁屏蔽及高质量界面耦合，以保障高 动信号的压电薄膜传感方法展开，基于 SDT1-028K