Piezoelektrischer Effekt in Kabeln?

Ich verwende einen sehr empfindlichen Transimpedanzverstärker an einem 3 m langen Kabel zu einer Fotodiode. Die Signalpegel liegen zwischen 70 nA und 700 nA. Das Anstoßen an das Kabel verursacht eine große Spannungsspitze am Ausgang des Verstärkers. Das Isoliermaterial ist FEP.

Könnte dies der piezoelektrische Effekt bei der Kabelisolierung sein?

Edit: Hier ist eine typische Spannungsspitze. Dies passiert, wenn ich das Kabel biege, schüttle oder klopfe.

Triboelektrischer Effekt wahrscheinlich.

Sie finden Kabel für Musikinstrumente, die mit einer kohlenstoffimprägnierten Schicht mit niedrigem Widerstand (sie nennen es halbleitend!) Zwischen der Abschirmung und der Isolierung des Mittelleiters abgeschirmt sind Geräusch durch Bewegung.

Hinzufügen zu Jacks Antwort:

Triboelektrische Effekte sind wie jeden Tag statische Elektrizität: Durch Aneinanderreiben von Dielektrika werden einige Elektronen herausgerissen und Ladungen erzeugt.

Dies erzeugt einen Strom (i = dq / dt) /

Wie sich dies auf Ihre Messung auswirkt, hängt von der Impedanz des Stromkreises ab, der das Kabel antreibt. Die erzeugte Fehlerspannung ist nach dem Ohmschen Gesetz Z * i. Wenn das Kabel vom niederohmigen Ausgang eines Verstärkers gespeist wird, spielt der Effekt normalerweise keine Rolle.

Aber Sie messen winzige Photodiodenströme, also ist es hier wichtig.

Es gibt noch einen weiteren Effekt: Ihr Koax ist ein Kondensator. Wenn es auf eine Gleichspannung (nicht 0 V) ​​aufgeladen wird, ändert das Biegen seine Kapazität. Da die Ladung in der Kapazität des Kabels konstant ist, ändert eine Änderung der Kapazität die Spannung. Auch dies ist nur in hochohmigen Umgebungen von Bedeutung ... wie bei Ihnen.

Lösungen:

• Alles, was Jack gesagt hat

... und das Offensichtliche, obwohl nicht immer möglich:

• Stellen Sie den Verstärker neben die Fotodiode und lassen Sie den niederohmigen Ausgang das Kabel ansteuern.

Wenn Sie nicht-triboelektrisches Koaxialkabel möchten, müssen Sie die Stichwörter "geräuscharmes Koaxialkabel" googeln. Hierbei handelt es sich um eine Art Koaxialkabel mit einer Widerstandsschicht auf Graphit- / Kohlenstoffbasis zwischen den Isolierschichten, die die durch Reiben entstehende Ladung ableitet. Sie sind jedoch schwer zu finden und teuer. Sie werden beispielsweise in Elektrokardiogrammen oder zur Schwingungsmessung mit Piezosensoren eingesetzt.

Ich schließe mich auch der Verwendung von Bühnenmikrofonkabeln an: Musiker mögen Kabel, die keinen Knall in den Lautsprechern verursachen, wenn jemand auf das Kabel tritt. Wenn Sie in ein Musik- / Gitarrengeschäft gehen und nach einem solchen Kabel fragen, weiß der Verkäufer, wovon Sie sprechen. Sie wissen vielleicht nichts über die Physik, aber sie wissen, dass Kunden Kabel zurücksenden, weil Sie mikrophonisch sind ...

Diese Kabel haben normalerweise einen Baumwollfüller um die Drähte, der beim Biegen keine Ladung erzeugt.

Ich verwende ein symmetrisches Bühnenmikrofonkabel für Audiomessungen: Sie sind billig, leicht verfügbar und funktionieren sehr gut. Keine Notwendigkeit für ausgefallene audiophile Sachen.

Wenn Sie Koax möchten, versuchen Sie es mit einem Gitarrenkabel. Sie sind für die gleiche Einstellung ausgelegt: winzige Signale, viel spastische Bewegung, hohe Z-Einstellung ... Diese werden jedoch nicht für die HF-Impedanz angegeben.

Das klingt nach mikrophonischen Effekten im Kabel. Es ergibt sich aus mehreren Quellen, von denen einige in anderen Antworten erwähnt wurden, einschließlich

• An den Isolatoren bildet sich eine Oberflächenladung, die beim Biegen des Kabels entladen wird
• Triboelektrische Effekte (dh Reibung)
• Piezoelektrische Effekte (im Isolator, nicht im Kupfer)

Es könnte sich auch um einen kapazitiven oder induktiven Aufnehmer handeln. Dies ist jedoch weniger wahrscheinlich, wenn Sie bereits ein qualitativ hochwertiges abgeschirmtes Kabel mit einer geerdeten Abschirmung haben.

Gängige Lösungen umfassen:

• Kabel mit leicht leitendem Verpackungsmaterial, das die angesammelte Ladung ableitet
• Kabel mit unterschiedlichen Isolatormaterialien, die weniger anfällig für Ladungsaufbau oder triboelektrische / piezoelektrische Effekte sind.
• Steifere Kabel, bei denen die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass sie sich verbiegen und Geräusche aufnehmen.
• Kabel mit größerem Durchmesser und viel Füllmaterial, die die Biegung der einzelnen Adern verringern.
• Verlegen von Kabeln, bei denen es unwahrscheinlich ist, dass sie gestört werden.
• Kabel mit Schaum abdecken oder schützen, um eine akustische Aufnahme durch die Umgebung zu vermeiden.
• Nageln Sie sie fest oder befestigen Sie sie auf andere Weise, damit sie nicht gestoßen oder bewegt werden können. Achten Sie jedoch darauf, sie nicht zu quetschen oder zu beschädigen.

Kabel, die für die Verwendung auf der Bühne entwickelt wurden, sind hier möglicherweise gut geeignet, da sie häufig nicht mikrofoniert sind. Es gibt eine Menge überteuerten Müll auf dem audiophilen Markt, aber es gibt auch einige schöne Produkte, die - obwohl sie für die Audioverwendung stark überarbeitet wurden - hervorragend für Präzisionslaborgeräte geeignet sind.

Kupfer zeigt keinen nennenswerten piezoelektrischen Effekt.

Was wahrscheinlich passiert, ist, dass kleine Ladungen an der Außenseite der Kabelisolierung herumlaufen. Die Isolierung ist im Grunde das Dielektrikum eines Kondensators, wobei der Signaldraht eine Seite des Kondensators ist. Wenn sich das Kabel bewegt und verschiedene Gegenstände berührt, die unterschiedliche statische Ladungen aufweisen können, werden kleine Ströme durch den Kondensator verursacht.

Normalerweise sind diese Ströme zu klein, um eine Rolle zu spielen, aber in Ihrem Fall verstärken Sie sie spezifisch.

Die Lösung besteht darin, ein abgeschirmtes Kabel zu verwenden. Der Isolationskondensator befindet sich dann zwischen der Abschirmung und dem, was sich draußen befindet. Der Mittelleiter sieht eine relativ konstante Kapazität zur Abschirmung, die von Ihrer Schaltung auf einer konstanten Spannung gehalten wird.

Wenn das Kabel eine hohe Gleichspannung aufweist, führt eine Kapazitätsänderung im Kabel zu einem Ladungsfluss und damit zu einem Signal. Um dies zu testen, trennen Sie Ihren Schallkopf und prüfen Sie, ob der Effekt noch vorhanden ist. Wenn dies der Fall ist, ist Ihre Fotodiode möglicherweise IMMER nicht angeschlossen. Prüfen Sie daher, ob sie auf ein optisches Signal anspricht. Um diese Art von Signal aufgrund einer Kapazitätsänderung im Kabel zu sehen, ist eine ungewöhnlich hohe Impedanz erforderlich, sodass möglicherweise etwas nicht angeschlossen ist.

Wenn alles angeschlossen ist und die Fotodiode auf optische Signale reagiert, können Sie es versuchen

• Überbrücken Sie die Fotodiode mit einem Lastwiderstand
• Ordnen Sie den Verstärker der Fotodiode zu

Was Sie sehen, ist kein piezoelektrischer Effekt. Es ist ein Kapazitätseffekt aufgrund der " Verzerrung " des dielektrischen Materials. Um das Problem zu beheben, könnte man versuchen , reduzieren die Ladung durch die Biege (teuren) erzeugt wird , oder man kann verhindern , dass die „Verzerrung“ durch „umhüllende“ die twisted pairs innerhalb Metallrohr (wie EMT), die ihnen Steifigkeit verleiht, Schutz vor Biegungen und Beulen sowie zusätzliche Abschirmung. Das Rohr müsste natürlich verankert werden, damit es sich nicht bewegt.