【摘 要】
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电力变压器的机械故障是造成其异常运行的主要原因之一,机械故障产生的声学信号富含设备本体故障信息,可用于变压器机械故障的监测与诊断。传统声音传感器存在需要外部电源供电、高湿环境检测稳定性不足、灵敏度较低等问题。因此,本文研究了氟化聚酰亚胺复合非晶氟聚物薄膜的接触起电、注极和抗湿性能,研制了基于摩擦起电的自供电、高灵敏度、高耐湿性声学传感器,获得了高湿环境下声学传感器的检测特性。主要工作如下:(1)研
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电力变压器的机械故障是造成其异常运行的主要原因之一,机械故障产生的声学信号富含设备本体故障信息,可用于变压器机械故障的监测与诊断。传统声音传感器存在需要外部电源供电、高湿环境检测稳定性不足、灵敏度较低等问题。因此,本文研究了氟化聚酰亚胺复合非晶氟聚物薄膜的接触起电、注极和抗湿性能,研制了基于摩擦起电的自供电、高灵敏度、高耐湿性声学传感器,获得了高湿环境下声学传感器的检测特性。主要工作如下:(1)研究了高耐湿、低介电的氟化聚酰亚胺复合非晶氟聚物薄膜的制备方法。分析了在聚酰亚胺结构中引入含氟基团提升薄膜接触起电性能的原理,探究了通过复合非晶氟聚物提升薄膜注极性能的方法,测试了复合薄膜的力学、抗湿和介电性能。研究表明,本文制备的氟化聚酰亚胺复合非晶氟聚物薄膜成膜性良好,具有较低的介电常数和介电损耗;相比于聚酰亚胺薄膜,复合薄膜的疏水角有明显的提升,吸水率明显下降,其杨氏模量有明显下降,有利于薄膜振动变形。(2)探究了氟化聚酰亚胺复合非晶氟聚物薄膜注极性能提升方法。搭建了湿热环境下薄膜注极及表面电位衰减测试平台和摩擦发电输出测试平台,探究了氟化聚酰亚胺复合非晶氟聚物薄膜中非晶氟聚物含量、充电温度及环境湿度对复合薄膜注极性能的影响,分析了注极过程中复合薄膜的陷阱分布情况,对比研究了不同薄膜的接触起电性能。研究表明,复合非晶氟聚物可以提升聚酰亚胺薄膜的注极性能;充电温度为60 oC时注极效果最好;在不同的湿度下,复合薄膜的稳定电位更高;氟化改性和界面注极可以提升聚酰亚胺薄膜的接触起电性能。(3)提出了基于接触起电的驻极体自供电的高灵敏度、高耐湿声学传感方法。仿真分析了复合薄膜的振动模态和共振频率,设计了基于氟化聚酰亚胺复合非晶氟聚物薄膜的声学传感器结构,制备了基于光固化3D打印技术的微孔化光敏树脂摩擦层;研究了声学传感器的时域输出,幅频特性和相频特性,分辨率,灵敏度以及环境湿度对声学传感器输出的影响。研究表明,本文制备的声学传感器可以在无外部电源供电的情况下实现优异的分辨率、灵敏度和耐久性,并在宽湿度范围内显示出良好的输出性能。
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