本实用新型专利技术涉及测试技术中的一种压电常数测试装置，它由施力装置和电路装置两个部分组成，主要用于测量反映压电材料机械与电能之间转换能力的重要参数－纵向压电应变常数ｄ↓［３３］。它对压电材料ｄ↓［３３］压电常数的测量，既克服了以往静态法测量中精度太低，重复性不好的缺陷，又解决了动态法测量中对试样形状、尺寸要求严格，测量方法复杂且难以实用的问题，具有测量精度高，性能稳定可靠，操作简单方便等优点，因此而具有实用性。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
准静态法纵向压电应变常数测量仪本技术涉及测试技术中的一种压电常数测试装置。压电常数(d33)以往常用动态法和静态法测量得到，前者只宜测量特定形状且满足规定尺寸比例的试样(如高度与直径或边长比例大于两点五倍的圆柱和方柱，测量须在严格的屏蔽条件下进行，测量对象为试样的串联谐振、并联谐振频率和电容等参数，最终结果——试样的d33压电常数还需经过复杂的计算才能得到。而对形状为片状、条状、管状和高度与直径比例小于两点五倍的柱状试样，动态法根本无法对其测量；后者，为了满足一定的测试灵敏度，静态法测量施加的力较大，一般为几个至几十个牛顿，这样，对压电材料中目前应用最广的压电陶瓷而言，由于铁电材料中热释电荷引起的漂移和受力较大时易产生非线性，以及测量中加力不易均匀等因素，造成了静态法测量精度太低，重复性不好。本技术目的在于提出一种由施力装置和电路装置所组成的准静态纵向压电应变常数测量仪，它不仅精度高、测量速度快，而且十分简便，从而解决了现有技术存在的问题。本技术所采用的技术方案在于它由施力装置和电路装置两部分组成，其中，施力装置包含有探头、比较样品、比较电极，绝缘柱和电磁驱动器以及两路前置放大器；而电路装置包含有振荡器、功率放大器、限幅放大器、同步检波器、电压衰减器、除法器、A/D模数转换器和显示器。利用上述的施力装置和电路装置，本技术通过正弦交变压力的装置，给试样提供一个已知的一维交变应力，在很低的频率下，试样中的应力和应变基本上是均匀分布的，因而可看做是准静态。本技术的施力装置在工作原理上采用了比较法，被测试样与内部比较样品(压电陶瓷材料制成)在力学上串联，其中测试探头，它采用导电性好的金属材料制作，形状为半球形或圆弧形，为提高导电性表面镀金或镀银，主要用于夹持被测试样同时也起电极作-->用；比较电极，也采用导电性好的金属材料制作，形状为圆盘形，它被用来固定和连接比较样品；绝缘柱，是由有机玻璃棒或尼龙棒制成，用于隔离测试探头和比较电极。被测试样与比较样品的两端分别并联一个相同容量的大电容C(电容量一般大于被测试样和比较样品各自电容值的100倍以上)，以满足恒定电场条件。被测试样与比较样品受到由电磁驱动器(由磁钢、上下轭铁、线圈、活塞、定心支片等构成)产生的同一个低频交变力作用时，由于正压电效应在两个所并联的电容C上分别产生交变电压V′和V，这两个交变电压V′和V的比值就是被测试样和比较样品的d33比值，若比较样品的d33值为已知(由于比较样品的d33值是确定的)，那么，被测试样的d33值也就得到了。关系式如下： d33比较=Q/F=CV/F (1) d33被测=Q′/Ｆ′=CV′/F′ (2)由于C=C′(被测试样与比较样品两端并联的电容容量相同)，F=F′(被测试样与比较样品力学上串联)，所以， 即： d33被测=d33比较(V′/V)=K(V′/V) (4)电路部分工作原理为：振荡器(通常电路中的文氏电桥振荡器或其他形式的正弦波发生器，这里采用了具有正弦波和矩形波输出的振荡器，主要由运算放大器、比较器集成电路组件和阻容串并联网络构成)提供一个频率为100Hz左右的正弦振荡信号送功率放大器和限幅放大器(主要由二极管和稳压管连接成桥路构成)，功率放大器输出的驱动电压信号经过连接器和电缆(主要由航空插头和相应电缆组成)送电磁驱动器，为施力装置提供一个低频交变力。由正压电效应产生出的两路(被测、比较)交变电压信号V′和V送前置放大器A′和A2(通常电路中的交流电压放大器，这里主要由“JEFT型”运算放大器等组成)，信号放大后经连接器和电缆送专门设计的同步检-->波器(见下面的介绍)中进行检波，经检波后得到对应于被测试样一路的直流电压信号通过电压衰减器(电阻和电位器串联构成)，适当衰减后送模拟除法器(能对两个模拟电压信号值进行“算术除法”操作的电路，这里主要由带有3位半七段译码输出的模数转换集成电路组件构成)分子输入端，而得到对应于比较样品一路的直流电压信号送模拟除法器分母输入端，除法器输出送A/D模数转换器及数字显示器直接显示被测试样的d33值和极性。其中比较样品一路得到的直流电压信号，当转换开关SW掷“F”一侧时，通过另一电压衰减器适当衰减后也可送给A/D模数转换器及数字显示器，用来反映出被测试样和比较样品所受到的低频交变力F的大小。上述的专门设计的同步检波器，主要由一片双运算放大器IC3和两片“三路一选二”模拟开关IC1和IC2集成组件构成，(a)(b)为检波信号输入端，(c)为同步信号输入端，(d)(e)为检波信号输出端。它的工作原理是：当限幅放大器输出的同步信号为低电平时(对应于振荡器正弦波信号负半周)，模拟开关IC1和IC2中X与X0、Y与Y0、Z与Z0一一接通，此时，IC3分别构成了两个增益为“1”的高精度“反相放大器”，把由压电效应产生的两路交变电压负半周反相输出；当限幅放大器输出的同步信号为高电平时(对应于振荡器正弦波信号正半周)，模拟开关IC1和IC2中X与X1、Y与Y1、Z与Z1一一接通，此时，IC3分别构成了两个增益为“1”的高精度“同相放大器”，把由压电效应产生的两路交变电压正半周同相输出，完成了同步检波功能。此电路的特点：1)线性度好，动态范围宽；2)“零点”输出容易调节，且调好后不易漂移。既克服了过去二极管检波器，由于存在有死区电压(管压降)而动态范围窄、线性度差的缺陷，又解决了目前流行的模拟乘法器构成线性检波器调“零，，复杂，且“零点”不稳定的问题。此外，专门设计的同步检波器不只适用于本技术，而且适用于各种要求稳定性高、动态范围宽、线性度好的同步线性检波电路。本技术的特点在于：一．研制的准静态d33的测量仪对压电材料被测试样施加了一个合适的低频交变力，其结果：1)抑制了静态法测量中热释电荷引起的漂移；2)避免了铁电材料因受力过大而产生的非线性现象，从根本上解决了静态法测-->量d33压电常数误差大，重复性不好的问题。二．准静态d33测量仪对被测试样的加力探头设计为半球形等形状，与被测试样为点接触，且对被测试样形状、尺寸无过多要求。这样，不但克服了静态法测量施力不均匀的毛病，也解决了动态法测量手续繁琐，实用性差的问题。三．测量方式采用比较法，测量数据以比较样品为基准，这样，像静压力变化(测试探头2夹持力大小)、温度变化、湿度变化等对被测试样d33测量造成的影响，均被抵消掉，从而解决了因环境条件变化，影响测量精度的问题。四．前置放大器A1、A2设计安排在施力装置中，配合专门设计的同步线性检波器13和14，改善了测量中由于压电效应产生出的微伏量级电压信号在传输过程中的信噪比，提高了仪器整机抗干扰能力。五．合理的结构设计，高性能电子元器件的选用，信号处理自动化，使得压电被测试样通过本仪器测量，直接得到稳定的d33读数和极性，准确、快速、简捷。另外，本仪器不但可以测量具有高d33压电常数值的压电陶瓷材料，还可测量过去静态法及动态法根本无法测量的高分子压电薄膜材料、甚至压电石英晶体等一类具有低d本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种准静态纵向压电应变常数测量仪，其特征在于它包括有施力装置和电路装置两部分所组成，其中，施力装置主要结构为：探头２、内部比较样品４、比较电极５、绝缘柱３和电磁驱动器６；电路装置包含有前置放大器Ａ１和Ａ２、振荡器１０、功放电路１１、限幅放大器１２、同步线性检波器１３和１４、模拟除法器１７、ＡＤ转换器及数字显示器１８；振荡电路１０产生的低频交变电压信号经功放电路１１放大后，通过连接器与电缆９送至施力装置电磁驱动器６中转换为低频交变力通过活塞２５作用在被测试样１和比较样品４上，由正压电效应在被测试样１和比较样品４上产生的两路交变电压信号分别送前置放大器２４进行电压放大，信号放大后经连接器和电缆７、８送同步检波器１３、１４与振荡电路１０产生的低频交变电压信号经限幅放大器１２产生的同步脉冲信号一起，进行同步线性检波，经检波后的两路直流电压信号，分别经电压衰减器１５、１６适当衰减后，当双刀转向开关ＳＷ掷“ｄ↓［３３］”一侧时，一路（被测）送模拟除法器１７分子输入端，另一路（比较）送模拟除法器１７分母输入端，除法器１７输出送Ａ／Ｄ转换器及数字显示器，直接在仪器显示屏２６上显示被测试样１的ｄ↓［３３］值和极性，当双刀转向开关ＳＷ掷“Ｆ”一侧时，仪器显示屏２６上的显示为被测试样１所受的低频交变力值，两部分通过两根两头带有航空插头的多芯电缆７、８和９来连接，其中一根用于从电子线路部分传输正弦驱动电压信号至施力装置中电磁驱动器６，另一根主要用于从施力装置中两路前置放大器传输由压电效应产生出的交变电压信号至电子线路部分中同步线性检波器。...
【技术特征摘要】
1．一种准静态纵向压电应变常数测量仪，其特征在于它包括有施力装置和电路装置两部分所组成，其中，施力装置主要结构为：探头2、内部比较样品4、比较电极5、绝缘柱3和电磁驱动器6；电路装置包含有前置放大器A1和A2、振荡器10、功放电路11、限幅放大器12、同步线性检波器13和14、模拟除法器17、AD转换器及数字显示器18；振荡电路10产生的低频交变电压信号经功放电路11放大后，通过连接器与电缆9送至施力装置电磁驱动器6中转换为低频交变力通过活塞25作用在被测试样1和比较样品4上，由正压电效应在被测试样1和比较样品4上产生的两路交变电压信号分别送前置放大器24进行电压放大，信号放大后经连接器和电缆7、8送同步检波器13、14与振荡电路10产生的低频交变电压信号经限幅放大器12产生的同步脉冲信号一起，进行同步线性检波，经检波后的两路直流电压信号，分别经电压衰减器15、16适当衰减后，当双刀转向开关SW掷“d33”一侧时，一路(被测)送模拟除法器17分子输入端，另一路(比较)送模拟除法器17分母输入端，除法...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘潮，陈守六，金亨焕，章力旺，易晓星，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]
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