Пьезоэлектрический эффект в кабелях?

14

Я использую очень чувствительный трансимпедансный усилитель на 3-метровом кабеле к фотодиоду. Уровни сигнала около 70 нА - 700 нА. Врезание в кабель вызывает большой скачок напряжения на выходе усилителя. Изоляционный материал FEP.

Может ли это быть пьезоэлектрическим эффектом в изоляции кабеля?

Изменить: Вот типичный всплеск напряжения. Это происходит, когда я сгибаюсь, встряхиваюсь или стучу по кабелю. Пик напряжения при ударе по кабелю

ква
источник
4
Нет. Но это может быть электромагнитный эффект, так как носитель заряда, движущийся внутри некоторого магнитного поля, будет индуцировать ток. Или просто проверьте свои соединения и контакты. Они могут быть сломаны и подвергнуться механическому воздействию ..
Евгений Ш.
1
Не пьезоэлектрический, просто старая микрофон.
Финбарр
6
@Fin: Это не имеет никакого смысла. Я согласен, что это не пьезо, но подумайте о том, что означает миркофония. Одна из причин микрофонии - пьезоэффекты на таких вещах, как определенная керамика конденсаторов. В противном случае для «микрофонии» потребовалась бы какая-то индукция. Вы должны объяснить, откуда это.
Олин Латроп
1
@OlinLathrop Микрофония также может быть следствием движения зарядов из-за вибрации - не требуется индукция
Joren Vaes
4
@Joren: Это был бы емкостной эффект, а не пьезоэлектрический эффект.
Олин Латроп

Ответы:

13

Трибоэлектрический эффект, вероятно.

Вы можете найти кабель для музыкальных инструментов, экранированный пропитанным углем слоем с низким сопротивлением (они называют его полупроводниковым!) Между экраном и изоляцией центрального проводника, это полезно при работе с источниками с высоким Z, так как минимизирует шум из-за движения.

Дэн Миллс
источник
9

Добавление к ответу Джека:

Трибоэлектрические эффекты, как и каждый день, являются статическим электричеством: растирание диэлектрика вырывает часть электронов и создает заряд.

Это создает ток (I = DQ / DT) /

Как это повлияет на ваши измерения, пропорционально сопротивлению цепи, управляющей кабелем. Созданное напряжение ошибки Z * i в соответствии с законом Ома. Если кабель подключен к низкоимпедансному выходу усилителя, то эффект обычно не будет иметь никакого значения.

Но вы измеряете крошечные фотодиодные токи, поэтому здесь это имеет значение.

Есть еще один эффект: ваш коаксиальный кабель является конденсатором. Если он заряжен до постоянного напряжения (не 0 В), то изгиб изменит его емкость. Поскольку заряд внутри емкости кабеля постоянен, изменение емкости приводит к изменению напряжения. Опять же, это важно только в высокоимпедансной обстановке ... как у вас.

Решения:

  • Все, что сказал Джек

... и очевидный, хотя и не всегда возможный:

  • Поместите усилитель рядом с фотодиодом и подключите кабель к низкоимпедансному выходу.

Если вы хотите использовать не трибоэлектрический коаксиальный кабель, используйте следующие ключевые слова: "малошумящий коаксиальный кабель". Это тип коаксиального кабеля с резистивным слоем на основе графита / углерода между изоляционными слоями, который рассеивает любой заряд, создаваемый трением. Однако их сложно найти и дорого. Они используются в электрокардиограммах или для измерения вибрации с помощью пьезодатчиков, например.

Я также рекомендую использовать сценический микрофонный кабель: музыканты любят кабели, которые не выдают THUMP в динамиках, когда кто-то наступает на кабель. Если вы зайдете в любой музыкальный / гитарный магазин и попросите такой кабель, продавец поймет, о чем вы говорите. Они могут не знать о физике, но они будут знать о клиентах, возвращающих кабели, потому что ты микрофон ...

Эти кабели обычно имеют хлопковый наполнитель вокруг проводов, который не генерирует заряд при изгибе.

Я использую сбалансированный сценический микрофонный кабель для аудио измерений: они дешевые, легко доступны и работают очень хорошо. Не нужно модных меломанов.

Если вы хотите коаксиальный кабель, попробуйте гитарный кабель. Они рассчитаны на одну и ту же настройку: крошечные сигналы, много резких движений, настройки с высоким Z ... Хотя они не будут определены для ВЧ-импеданса.

peufeu
источник
Мне нужен экранированный кабель, содержащий около 12 витых пар. Я использую 3 из этих кабелей rs232. Аудиокабели были бы слишком громоздкими для моего приложения. Существуют ли кабели более высокой плотности с этим специальным покрытием?
ква
Без понятия. Самым близким, что я получил, был femto.de/en/products/accessories/low-noise-cable.html, но ... они очень дорогие. Хотя ... почему бы не использовать Flex PCB? или перемычки FFC / FPC? Во Flex все слои склеены, поэтому они не будут тереться, не должно быть накопления заряда ... Обратите внимание, что это всего лишь догадка, но, возможно, стоит попробовать ...
peufeu
@kva - микрофонный «змеиный» кабель звучит как то, что вы ищете
ThreePhaseEel
@threephaseeesl Я посмотрел это. Похоже, мне нужны многожильные вещательные кабели.
ква
mogamicable.com/category/bulk/snake этот определяет микрофонию «50 мВ на 50 кОм, если вы наступите на нее», вероятно, слишком много для вашего приложения
peufeu
3

Это звучит как микрофонные эффекты в кабеле. Это происходит из нескольких источников, некоторые из которых были упомянуты в других ответах, в том числе

  • Поверхностный заряд накапливается на изоляторах, а затем разряжается при изгибе кабеля
  • Трибоэлектрические эффекты (то есть трение)
  • Пьезоэлектрические эффекты (в изоляторе, а не в меди)

Это также может быть емкостный или индуктивный датчик. Хотя это менее вероятно, если у вас уже есть качественный экранированный кабель с заземленным экраном.

Общие решения включают в себя:

  • Кабели со слегка проводящим упаковочным материалом, который устраняет накопившийся заряд
  • Кабели с различными изоляционными материалами, которые менее восприимчивы к накоплению заряда или трибоэлектрическим / пьезоэлектрическим эффектам.
  • Более жесткие кабели, которые в результате менее склонны к изгибу и усилению шума.
  • Кабели большего диаметра с большим количеством наполнителя, которые уменьшают изгиб на отдельных жилах.
  • Проложить кабели там, где они не могут быть натянуты или повреждены.
  • Покрытие или защита кабелей пеной, чтобы избежать акустического воздействия на окружающую среду.
  • Пригвоздить или иным образом закрепить их, чтобы их нельзя было столкнуть / сдвинуть, но будьте осторожны, чтобы не сломать и не повредить их.

Кабели, предназначенные для использования на сцене, могут быть хорошими, поскольку они часто не микрофонны. На рынке аудиофилов много мусора с завышенной ценой, но есть и несколько хороших продуктов, которые - хотя и сильно перегружены для использования аудио - отлично подходят для точного лабораторного оборудования.

Джек Б
источник
Мы используем кабели для проверки оборудования. Оборудование хранится в больших стеллажах с кабелями, идущими впереди. Возможно, что кто-то врезается в них. Возможно, во время критических испытаний мы должны предупредить людей не трогать кабели? Я полагаю, что для длительных испытаний кабели можно было прикрепить с помощью молнии к шасси.
ква
2

Медь не имеет заметного пьезоэлектрического эффекта.

Вероятно, происходит то, что небольшие заряды перемещаются с внешней стороны изоляции кабеля. Изоляция в основном представляет собой диэлектрик конденсатора с сигнальным проводом на одной стороне конденсатора. Поскольку кабель перемещается и касается различных предметов, которые могут иметь различные статические заряды, через конденсатор возникают небольшие токи.

Обычно эти токи слишком малы, чтобы иметь значение, но в вашем случае вы специально их усиливаете.

Решение состоит в том, чтобы использовать экранированный кабель. Изоляционный конденсатор находится между экраном и тем, что снаружи. Центральный проводник видит относительно постоянную емкость для экрана, которая поддерживается постоянным напряжением вашей цепи.

Олин Латроп
источник
Я использую экранированные кабели. Емкость между проводниками составляет около 165 пф между любым проводником и 200 пф между витыми парами. Любой проводник к щиту - 325 пф.
ква
0

Если в кабеле высокое напряжение постоянного тока, любое изменение емкости в кабеле приведет к протеканию заряда и, следовательно, к сигналу. Чтобы проверить это, отсоедините датчик и посмотрите, сохраняется ли эффект. Если это так, возможно, ваш фотодиод ВСЕГДА отключен, поэтому проверьте, чувствителен ли он к оптическому сигналу. Чтобы увидеть этот тип сигнала из-за изменения емкости в кабеле, требуется аномально высокий импеданс, поэтому, возможно, что-то не подключено.

Если все подключено и фотодиод реагирует на оптические сигналы, вы можете попробовать

  • шунтируйте фотодиод с нагрузочным резистором
  • совмещать усилитель с фотодиодом
richard1941
источник
Схема выглядит примерно так: Википедия, трансимпедансный усилитель постоянного тока подается на фотодиод. Я заказал несколько фотодиодов для проведения аналогичного теста.
ква
0

То, что вы видите, не является пьезоэлектрическим эффектом. Это емкостный эффект из-за " искажения " диэлектрического материала. Чтобы решить эту проблему, можно попытаться уменьшить заряд, создаваемый изгибом (дорогой), или можно предотвратить «искажение», «заключив в оболочку» витые пары внутри металлического трубопровода (например, EMT), что придает им жесткость, защиту от изгибы и неровности, а также дополнительное экранирование. Трубопровод, конечно, должен быть закреплен, чтобы он не двигался.

Guill
источник