一种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置及方法，包括基板，位于基板上的固定台，刚性连接于固定台上的挠曲电材料，附着于挠曲电材料弧面的驱动电极及端面的电容电极，与信号源电连接的高压电源，高压电源与驱动电极电连接；通过电容测量电路测量挠曲电材料端面间电容值变化；通过信号源向高压电源输送驱动信号使挠曲电材料受到电压作用，产生均匀电场梯度而产生形变致使端面间等效电容变化，通过电容变化量便可计算得到该挠曲电材料的逆挠曲电系数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料科学中的力电耦合
，具体涉及一种基于电容变化获得逆 挠曲电系数的测量装置及方法。
技术介绍
挠曲电效应是一种广泛存在于所有介电材料的力电耦合特性，具体是指由于应变 梯度产生电极化、或由于电场梯度产生材料形变的行为。作为智能结构和智能材料的新兴 研究点，挠曲电效应在航空航天、军事科学、生物制药等各个领域有广泛的潜在应用价值。 逆挠曲电效应的研究目前还基本停留在理论阶段，研究逆挠曲电效应的主要内容之一就是 逆挠曲电系数的研究，而逆挠曲电系数的测量由于其输出位移量级小，均匀电场梯度难以 施加等问题的存在，一直是研究的重点和难点。 挠曲电存在于所有电介质中，其原理早在上世纪60年代就已被提出并在一定范围 内得到了极大的发展，含压电效应的材料电极化的简化描述方程为：其中？^6冰，〇」1^诉#诉1^1分别为极化程度、压电常数、应力、应变、挠曲电常数 和梯度方向，等式右边第一项是因应力导致的压电效应，第二项是因应变梯度导致的梯度 方向的挠曲电效应，由于在中心对称晶体中不存在压电效应，因此只有第二项存在，即而对于逆挠曲电而言，则有 其中Tij，fijkdPEjk分别是等效应力、逆挠曲电系数和施加的电场。 由上述公式可以看出，在材料、试件等条件一定的情况下，分子对称晶体的等效应 力与电场梯度成正比。因此，本专利技术采用了通过施加电压，使材料上产生电场梯度从而产生 等效应力导致材料发生微小变形的方法，并对微小变形的测量采用差分式的电容变化测量 方法，继而测量材料的逆挠曲电系数，放大了位移量，提高了实验的可行性和测量精度。
技术实现思路
为了填充相关实验领域的空白，本专利技术的目的在于提供一种基于电容变化获得逆 挠曲电系数的测量装置及方法，本专利技术能够实现基于电容变化获得材料的逆挠曲电系数， 弥补了现有技术的空白与不足。 为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案： -种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置，包括基板1，位于基板上的左固 定台2和右固定台3,分别与左固定台2和右固定台3刚性连接的材料与结构完全相同、相对 放置的左挠曲电材料4和右挠曲电材料5，附着在左挠曲电材料4和右挠曲电材料5上下弧面 上的驱动电极6，附着在左挠曲电材料4和右挠曲电材料5端面的电容电极7，控制电压驱动 量的信号源8与高压电源9相电连接，高压电源9与驱动电极6相电连接；电容测量电路10与 电容电极7相电连接。所述带有导轨槽的基板1的刚度远大于左挠曲电材料4和右挠曲电材料5。 所述驱动电极6具有远低于左挠曲电材料4和右挠曲电材料5的刚度并具备良好的 导电性。 所述左挠曲电材料4和右挠曲电材料5的结构为部分圆环状以保证施加电压时沿 径向产生均匀电场梯度。 所述电容测量电路10测量精度能够满足电容变化要求;左挠曲电材料4和右挠曲 电材料5的形变量通过电容变化信号表现。 上述所述的基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置的测量方法，通过电容测 量电路10测量左挠曲电材料4和右挠曲电材料5端面间的电容值变化;再通过信号源8向高 压电源9输送信号使左挠曲电材料4和右挠曲电材料5受到均匀电场梯度而产生形变，致使 端面间距发生变化，导致等效电容发生变化，电容测量电路10获得新的电容值，同时记录信 号源8的输出情况;通过电容变化量和信号源8的输出情况，结合材料的力电参数，便能够计 算得到该挠曲电材料的逆挠曲电系数。由于左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)位移的变化导致电容发生变化，具体变 化情况如下：左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)为中心对称晶体不存在压电效应，材料电极 化简单描述为： 其中？1，￡」1^^1，11分别为极化程度、应变、挠曲电系数和梯度方向 ； 而对于逆挠曲电而言，则有其中T^fijki和Ejk分别是等效应力、逆挠曲电系数和施加的电场； 其中Sijki和E分别是等效应变和材料的弹性模量； 左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)产生的位移为：其中R为左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)的中弧线半径；电容变化量为： 其中d、S、e、k分别是左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)施加电压前的端面间 距、极板面积、介电常数、静电力系数。 本专利技术和现有技术相比，具有如下优点： 1)相比于已报道的通过激光测量相对位移的逆挠曲电测量手段，本专利技术倍增了位 移量，且具有更低的设备精度、环境隔振要求和更高的测量精度。 2)相比于已报道的激光式测量试件，本专利技术所涉及的材料形状能够产生更加均匀 的电场梯度，以便获得更加准确的理论描述和对力电现象的更精确的解释和描述。 3)相比于单个的环状挠曲电材料位移测量设计，本专利技术能够避免因其他向系数导 致的等效应力对材料形变测量的影响，即只需关心电容电极7相对距离的大小而非整个形 状的变化。总之，本专利技术能够实现基于电容变化获得材料的逆挠曲电系数，弥补了现有技术 的空白与不足。【附图说明】附图为本专利技术结构示意图。【具体实施方式】 以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。 如附图所示，一种基于电容变化获得逆挠当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置，其特征在于：包括基板(1)，位于基板上的左固定台(2)和右固定台(3)，分别与左固定台(2)和右固定台(3)刚性连接的材料与结构完全相同、相对放置的左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)，附着在左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)上下弧面上的驱动电极(6)，附着在左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)端面的电容电极(7)，控制电压驱动量的信号源(8)与高压电源(9)相电连接，高压电源(9)与驱动电极(6)相电连接；电容测量电路(10)与电容电极(7)相电连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张舒文，徐明龙，刘开园，申胜平，王铁军，周媛，陈楠，宋思扬，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。