A Piezoelectric–Piezoresistive Coupling Electric Field Sensor for Large Dynamic Range AC Electric Field Measurements

压阻效应 电场 压电 应变计 材料科学 电气工程 线性 联轴节(管道) 动态范围 可观测性 电压 光电子学 声学 电子工程 物理 工程类 量子力学 数学 冶金 应用数学
作者
Xiaobo Wang,Bofeng Luo,Rongbo Zhang,Yang Song,Yaqian Zhao,Chengtao Luo
出处
期刊:Sensors [MDPI AG]
卷期号:24 (3): 902-902
标识
DOI:10.3390/s24030902
摘要

We propose a piezoelectric–piezoresistive coupling electric field sensor capable of performing large dynamic range AC electric field measurements. The electric field sensor utilizes direct coupling between piezoelectric (PE) materials and piezoresistive (PR) strain gauges, in conjunction with an external signal conditioning circuit, to measure AC electric fields effectively. We verified the feasibility of the scheme using a finite element simulation, fabricated a prototype of the electric field sensor, and characterized the properties of the prototype. The testing results indicate that the sensor exhibits an ac resolution of 50 V/m and a linear measurable electric field range of 0 to over 200 kV/m, which keeps the linearity at less than 0.94% from 1 Hz to over 5 kHz. Furthermore, the sensor also has advantages, such as a small size and low power consumption. The sensor can enhance the comprehensive observability and measurability of digital power grids.

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