專利名稱：壓電材料切向壓電應變常數(shù)準靜態(tài)法測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種壓電材料壓電常數(shù)的測量方法，特別是涉及一種壓
電材料的切向壓電應變常數(shù)(簡稱(115壓電常數(shù))準,爭態(tài)法測量用加力部 件和測量系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
壓電常數(shù)是表征壓電材料壓電性能的重要參數(shù)，主要包括有山3縱向 壓電應變常數(shù)，^橫向壓電應變常數(shù)和山5切向壓電應變常數(shù)等，對于山5
切向壓電應變常數(shù)的測量，以往采用動態(tài)法進行(具體方法可參見IEEE 標準IEEE Standard on Piezoelectricity, ANSI/IEEE Std. 176—1987， 國家標準GB/T3389.6-1997壓電陶瓷材料性能測試方法，長片厚度切 變振動模式)，動態(tài)法測量d,5切向壓電應變常數(shù)是通過測量壓電被測試 樣的諧振和反諧振頻率后，再經(jīng)過計算而得到的，是目前國內(nèi)外通常使 用的一種方法。但動態(tài)法是一種間接測量方法，而且測試過程煩瑣，計 算復雜，測量中要求滿足一定的邊界條件，局限性大，只能測量滿足特 定形狀、規(guī)格和尺寸要求的標準試樣(例如尺寸比例長、寬、厚為 12:6:1),所以實用性較差。
準靜態(tài)法是上世紀八十年代前后出現(xiàn)的 一種測量壓電材料壓電常 數(shù)的方法，它通過對壓電^皮測試樣施加低頻作用力和測出壓電#1測試樣 由壓電效應而產(chǎn)生出的低頻壓電電荷而得到其壓電常數(shù)，由于測量中對 壓電被測試樣施加的作用力頻率遠低于壓電被測試樣自身的諧振頻率 (接近于靜態(tài))，故被稱為準靜態(tài)，該方法具有測量精確度較高、重復 性好、操作筒單和適用性強等特點，先后被應用在壓電元件(133縱向壓電 應變常數(shù)和dn橫向壓電應變常數(shù)的測量中。但由于過去一直找不到一種 理想的對壓電#1測試樣施加切向低頻作用力的方法，也就無法通過測量 切向壓電電荷而得到其山5切向壓電常數(shù)，結(jié)果導致在壓電常數(shù)準靜態(tài)測量方法問世二三十年來，只能應用于壓電元件d33縱向壓電應變常數(shù)和dn
橫向壓電應變常數(shù)的測量，而不能解決壓電元件d,5切向壓電常數(shù)的測 量，因此尋找一種簡單實用和能夠直接測量壓電元件(115切向壓電應變常 數(shù)的方法和裝置，是本技術(shù)領域人員要攻破的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服以往動態(tài)法測量壓電材料du壓電常數(shù)測 試過程煩瑣，實用性差的缺陷，提供一種基于準靜態(tài)法測量原理(對壓 電被測試樣施加低頻作用力和測出壓電被測試樣在該作用力作用下由 壓電效應產(chǎn)生出的低頻壓電電荷而得到其壓電常數(shù))的壓電材料(115切向 壓電常數(shù)測量系統(tǒng)裝置和方法，該測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，不但 能夠滿足測量準確度的要求，而且易于實現(xiàn)和推廣。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明提供的一種壓電材料切向壓電應變常數(shù)準靜態(tài)法測量系統(tǒng)， 由切向加力部件1-00、施力裝置2-OO和電路部分3-OO組成(分別參見 圖1、圖2和圖3 );所述的施力裝置2-00和電路部分3-00可直接選用 目前國內(nèi)外本技術(shù)領域中普遍采用的準靜態(tài)法d33測量儀產(chǎn)品(參考本 申請人:在99年2月6日被授權(quán)的專利"準靜態(tài)法縱向壓電應變常數(shù)測量 儀"，專利號為ZL97231420.2 )，并按照原準靜態(tài)法(133測量儀的要求由 兩根多芯電纜4-01和4-02相互連接(參見圖4 ),其中多芯電纜4-01 將電路部分3-00中功率放大器3-02的輸出與施力裝置2-00中電磁驅(qū) 動器2-07的輸入相連，另一根多芯電纜4-02將來自施力裝置2-00中 的"被測"與"比較"兩路信號分別接入電路部分3-00中的第一前置 放大器3-03和第二前置放大器3-04;其特征在于，所述的加力部件 1-00,包括受力加壓固定部件和受力加壓件1-02;所述的受力加壓固定 部件由一受力加壓固定支架1-01、固定框架1-03、固定軸1-04、調(diào)節(jié) 螺栓l-05、絕緣套1-06、第一定位軸套1-07和第二定位軸套1-08組 成；其中所述的受力加壓固定支架1-01為L形金屬桿，所述的L形金 屬桿的豎桿內(nèi)面為對壓電被測試樣施加作用力的加力端面，該L形金屬桿的豎桿中部開有一個與其加力端面相平行的橫向軸孔1-13,在橫梁外 端面開有一水平半圓凹槽1-09,使用時作為受力和電極端面可以方便地 進4亍4黃向移動；
所述的固定框架1-03為門框形結(jié)構(gòu)，所述的門框形結(jié)構(gòu)的橫梁中 心位置有一垂直螺孔，該門框形結(jié)構(gòu)兩個立柱末端各有一平行于橫梁的 水平軸孔；所述的調(diào)節(jié)螺栓1-05的螺玟部分與固定框架1-03橫梁中心 位置的垂直螺孔相配合，由外向內(nèi)旋入后末端再安裝上絕緣套l-06;所 述的固定軸1-04與所述的受力加壓固定支架1-01豎桿中部的橫向軸孔 1-13和左邊的第一定位軸套1-07及右邊的第二定位軸套1-08為軸配 合，先由固定軸l-04依次穿在一起后再被安裝在固定框架1-03兩個立 柱末端的水平軸孔之間；
所述的受力加壓件1-02也為L形金屬桿，所述的L形金屬桿的豎 桿內(nèi)面為對壓電被測試樣施加作用力的另 一個加力端面，該L形金屬桿 的豎桿外面中間偏下位置開有一個半球形凹槽1-11，使用時與絕緣套 1-06的半球形結(jié)構(gòu)相配合，L形金屬桿的橫梁外端面開有一水平半圓凹 槽1-10,使用時也作為受力和電極端面可以方便地進行橫向移動。
在上述的技術(shù)方案中，所述的絕緣套1-06由絕緣材料制成，為圓 柱加半球形結(jié)構(gòu)，且圓柱一端的中心位置有一個螺孔與調(diào)節(jié)螺栓1-05 的螺紋相配合。
在上述的技術(shù)方案中，所述的第一定位軸套1-07和第二定位軸套 l-08完全一樣，兩者長度之和再加上受力加壓固定支架1-01的寬度與固 定框架l-03門框內(nèi)的寬度相同。
所述的切向加力部件1-00只需安放在準靜態(tài)(133測量儀中的施力裝 置2-00上就可容易地實現(xiàn)作用力的轉(zhuǎn)換，它能把準靜態(tài)d33測量儀中施 力裝置2-00上產(chǎn)生的縱向低頻作用力轉(zhuǎn)換為d,5切向壓電應變常數(shù)測量 時所需要的切向低頻作用力施加在壓電被測試樣上，然后，不需要做任 何修正直接由準靜態(tài)(133測量儀的電路部分3-00中得到壓電被測試樣的 d,5切向壓電應變常數(shù)測量結(jié)果。
本發(fā)明提供的測量山5切向壓電應變常數(shù)的方法，包括如下步驟1. 將壓電被測試樣1-12放在切向加力部件1-00中受力加壓固定支 架1-01的加力端面上，再用受力加壓件1-02的加力端面壓住，此時受 力加壓件卜02的L形金屬桿應與受力加壓固定支架1-01的L形金屬桿 方向相反而放置，旋轉(zhuǎn)固定框架1-03使得其橫梁位于受力加壓件1-02 的豎桿外面，并將調(diào)節(jié)螺栓1-05對準受力加壓件1-02豎桿外面的半球 形凹槽l-ll，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓1-05,使得其末端絕緣套1_06的半球頭嵌 入受力加壓件1-02的半球形凹槽1-11內(nèi)，并緊緊頂住受力加壓件1-02 的豎桿，將壓電被測試樣1-12牢牢固定在受力加壓固定支架1-01與受 力加壓件1-02的兩個加力端面之間(如圖1所示)。
2. 按照原準靜態(tài)法d33測量儀的要求用多芯電纜4-01和4-02連接 好施力裝置2-00和電路部分3-00，將裝好壓電被測試樣1-12的切向加 力部件1-00放置在施力裝置2-00中的上測試探頭2-01和下測試探頭 2-02之間，水平移動切向加力部件1-00,使施力裝置2-00中的上測試 探頭2-01和下測試:探頭2-02之間的連線對準切向加力部件1-00中被 夾住的壓電被測試樣1-12的厚度中心位置，然后通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪 2-03將該切向加力部件1-00夾緊(參見圖5 )。
3. 接通電源，電路部分3-00中的振蕩器3-01起振，輸出低頻正 弦波信號經(jīng)功率放大器3-02放大后再經(jīng)連接電纜4-01送至施力裝置 2-00中的電磁驅(qū)動器2-07產(chǎn)生低頻縱向振動，并通過振動活塞2-08 將縱向低頻作用力同時施加在施力裝置2-00中的內(nèi)部比較樣品2-05和 夾在上測試探頭2-01及下測試探頭2-02之間的切向加力部件1-00上， 切向加力部件1-00把所受到的縱向低頻作用力轉(zhuǎn)換成為切向低頻作用 力施加在壓電被測試樣1-12上，由正壓電效應在內(nèi)部比較樣品2-05上 產(chǎn)生出縱向壓電電荷以及在壓電被測試樣1-12上產(chǎn)生出切向壓電電荷， 它們通過連接電纜4-02送至電路部分3-00進行放大和處理，最終得到 壓電被測試樣1-12的(115切向壓電應變常數(shù)。
本發(fā)明提供山5切向壓電常數(shù)測量原理是，利用準靜態(tài)法(133測量儀 的施力裝置2-00產(chǎn)生出縱向低頻作用力直接施加在內(nèi)部比較樣品2-05 (準靜態(tài)法(133測量儀的原有功能)和通過切向加力部件1-00轉(zhuǎn)換成切向低頻作用力施加在壓電被測試樣1-12上，壓電被測試樣1-12和內(nèi)部 比較樣品2-05由于正壓電效應產(chǎn)生出切向壓電電荷Q,和縱向壓電電荷 Q2,它們被送至電路部分3-00中并聯(lián)了相同電容C的第一前置放大器 3-03和第二前置放大器3-04的輸入端后，分別轉(zhuǎn)換為對應的壓電電壓 信號Vi和V2， 4艮據(jù)壓電材料在滿足恒定電場條件下壓電常數(shù)的表達式， 壓電被測試樣1-12的切向壓電應變常數(shù)d,產(chǎn)Q,/F產(chǎn)OV,/F5，內(nèi)部比較樣 品2-05的縱向壓電常數(shù)(133= Q2/F3=C*V2/FJt F3為內(nèi)部比較樣品2-05 所受到的縱向低頻作用力，F(xiàn)5為壓電被測試樣1-12所受到的切向低頻 作用力，由于在本發(fā)明提供的測量方法中，切向加力部件1-00與內(nèi)部 比較樣品2-05力學上串聯(lián)，所受作用力同為縱向低頻作用力F3,而切 向加力部件1-00中的壓電被測試樣1-12在此過程中受到的作用力分別 為靜態(tài)夾持力Fi和切向低頻作用力F5 (參見圖6),其中切向低頻作用 力Fs是由縱向低頻作用力F3通過切向加力部件1-00轉(zhuǎn)換得到，幅度與 F3相同，而靜態(tài)夾持力F,由于與切向低頻作用力Fs相垂直，不會對壓電 被測試樣1-12在受到切向低頻作用力F;作用后由壓電效應而產(chǎn)生的切 向壓電電荷數(shù)量產(chǎn)生影響，因此，壓電被測試樣1-12的切向壓電應變 常數(shù)山5與內(nèi)部比較樣品2-05的縱向切向壓電常數(shù)&3的比值可以表示 為(W d33= (OV7Fs) / (OV2/F3)，由于縱向低頻作用力F3與切向低 頻作用力Fs幅度相同，上式可化簡為d15=d33* (V,/V2)，即壓電被測 試樣1-12的(115壓電常數(shù)可以由內(nèi)部比較樣品2-05的&3壓電常數(shù)和"被 測，，與"比較"兩路壓電電壓比值的乘積來得到，而在準靜態(tài)(133測量 儀電路部分3-00中，數(shù)據(jù)處理部分3-05的功能就是計算來自"被測" 與"比較"兩路的第一前置放大器3-03和第二前置^:大器3-04的輸出 電壓比值與內(nèi)部比較樣品2-05固有山3壓電常數(shù)的乘積。因此，按上述 方法操作后準靜態(tài)法(133測量儀所給出的測量結(jié)果，實際上就是我們需 要的壓電被測試樣1-12的山5切向壓電常數(shù)準靜態(tài)法測量結(jié)果。
應用本發(fā)明設計制作的能夠?qū)弘娫┘忧邢蜃饔昧Φ那邢蚣?力部件l-OO參見實施例l;由本發(fā)明提供的壓電材料準靜態(tài)法d,5切向壓 電應變常數(shù)測量系統(tǒng)裝置參見實施例2;采用本發(fā)明提供的測量系統(tǒng)測量壓電元件的山5切向壓電應變常數(shù)的方法參見實施例3。 本發(fā)明的優(yōu)點在于
僅通過提供一套簡單易行的切向加力部件1-00，就能把壓電被測試 樣d,5切向壓電常數(shù)準靜態(tài)法測量中所必需且過去難以實現(xiàn)的切向低頻 作用力從目前易于實現(xiàn)的縱向低頻作用力中轉(zhuǎn)換得到，對于本技術(shù)領域 的人員而言， 一般不再需要另外加工用于產(chǎn)生縱向低頻作用力的施力裝 置2-00和設計組裝提供力驅(qū)動的電信號、放大壓電電荷的前置放大器以 及進行數(shù)據(jù)處理和顯示的電路部分3-00,只要利用已有的準靜態(tài)法(133 測量儀(該儀器在本技術(shù)領域已被廣泛使用，成為必備4義器)和本發(fā)明 所提供的切向加力部件l-OO,就能組成一種準靜態(tài)法測量壓電材料d,s 切向壓電應變常數(shù)的系統(tǒng)裝置，本發(fā)明給出的壓電材料(115切向壓電應變 常數(shù)的測量方法簡單實用，測量結(jié)果可靠，易于推廣普及，不但比目前 使用的動態(tài)法測量d!5切向壓電常數(shù)的操作簡單很多，而且對于塊型、條 型、方(長方)片型一類壓電被測試樣長、寬、厚度之間的尺寸比例基 本上無特殊要求，適用性更強。此外，本發(fā)明中的給出的切向加力部件 1-00除了可以用于壓電材料(115切向壓電應變常數(shù)的測量使用外，還可以 用于壓電材料其它如d"、 d16、 d24、 d25、 d26、 d34、 d35、山6等各種切向壓電 應變常數(shù)的測量。


圖l本發(fā)明中的切向加力部件結(jié)構(gòu)示意圖 圖la本發(fā)明中的受力加壓固定部件結(jié)構(gòu)示意圖
圖lb本發(fā)明中的受力加壓件結(jié)構(gòu)示意圖
圖2本發(fā)明中的施力裝置結(jié)構(gòu)示意圖
圖3本發(fā)明中的電路部分結(jié)構(gòu)示意圖
圖4本發(fā)明中的電路部分和施力裝置的連接示意圖
圖5本發(fā)明所給出的(115切向壓電常數(shù)準靜態(tài)法測量系統(tǒng)示意圖
圖6本發(fā)明中壓電被測試樣在測量中的受力分析示意面說明
1-00-一切向加力部件1--01-一受力加壓固定支架
1-02-一受力加壓件1--03-一固定框架
1-04-一固定軸1--05-一調(diào)節(jié)螺栓
1-06-一絕緣套1--07-一第一定位軸套
1-08-一第二定位軸套1--09-一水平半圓凹槽
1-10-一水平半圓凹槽1--11-一半3求形凹槽
1-12-—壓電纟皮測試樣1--13-一橫向軸孔
2-00-一施力裝置2--01-一上測試探頭
2-02-一下測試纟笨頭2--03-一調(diào)節(jié)手輪
2-04-一內(nèi)部比較樣品上探頭2--05-一內(nèi)部比較樣品
2-06-一內(nèi)部比較樣品下探頭2--07-一電磁驅(qū)動器
2-08-~#動活塞
3-00-一電路部分3--01-一猿蕩器
3-02-一功率》t大器3--03-一第一前置放大器
3-04-一第二前置放大器3--05-一數(shù)據(jù)處理部分
3-06-一顯示3--07-一電源
4一01-一多芯電纜4--02-—多芯電纜
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例來詳細說明本發(fā)明的測量系統(tǒng)和方法 實施例l
參考圖l、圖la和圖lb,制作一個能夠應用作用力轉(zhuǎn)換原理而對壓電 元件施加切向作用力的切向加力部件l-OO。
本實施例中的切向加力部件1-00由受力加壓固定支架1-01，受力 加壓件1-02,固定框架1-03，固定軸l-04，調(diào)節(jié)螺栓1-05,絕緣套1-06, 第一定位軸套1-07和第二定位軸套1-08組成，其中受力加壓固定支架 l-Ol和受力加壓件1-02均為L形金屬桿，由硬鋁、不銹鋼或銅等金屬材料制作，它們各自L形金屬桿的豎桿內(nèi)面為對壓電被測試樣施加作用 力的加力端面，要求加工得平整和光滑，它們各自L形金屬桿的橫桿外 面，分別開有一水平半圓凹槽1-09和1-10,由于使用時作為受力端面 和電極并且需要水平移動，因此也要求凹槽表面加工得光滑，在受力加 壓固定支架1-01的豎桿中部開有一個與其加力端面相平行的橫向軸孔 1-13,在受力加壓件1-02的豎桿外面中間偏下位置開有一個半球形凹 槽l-ll;固定框架l-03為門框形結(jié)構(gòu)，可用與受力加壓固定支架1-01 和受力加壓件1-02相同的金屬材料制作，其門框橫梁中心位置有一垂 直螺孔，門框兩個立柱末端還各有一平行于橫梁且直徑相同的軸孔；調(diào) 節(jié)螺栓1-05可選用頭部為圓柱或圓盤形且圓周曲面帶有條紋滾花結(jié)構(gòu) 的標準件，以便于手動旋轉(zhuǎn)，其螺桿直徑和螺距與固定框架1-03橫梁 中心位置上的垂直螺孔相匹配；絕緣套1-06用聚四氟乙烯材料制成， 也可以用尼龍、硬塑料等絕緣材料制作，外形為圓柱加半球頭結(jié)構(gòu)，其 圓柱一邊的平面中心位置有一個螺孔并且與調(diào)節(jié)螺栓1-05的螺紋相配 合，其半球頭的直徑與受力加壓件1-02上的半球形凹槽1-11相配合； 調(diào)節(jié)螺栓1-05從固定框架1-03的橫梁由外向內(nèi)旋入后，末端再將絕緣 套1-06安裝及獰緊；固定軸1-04與固定框架1-03的兩個立柱末端軸 孔為緊配合，與L形金屬桿受力加壓固定支架1-01上的橫向軸孔1-13 以及第一定位軸套1-07和第二定位軸套1-08的內(nèi)孔為軸配合，把L形 金屬桿受力加壓固定支架1-01通過豎桿中部的橫向軸孔l-13和左邊的 第一定位軸套1-07以及右邊的第二定位軸套1-08用固定軸1-04穿在 一起后再安裝在已裝好調(diào)節(jié)螺栓1-05和絕緣套1-06的固定框架1-03 的兩個立柱末端之間，使得固定框架1-03可以靈活的圍繞L形金屬桿 受力加壓固定支架1-01旋轉(zhuǎn)，這樣切向加力部件1-00中的受力加壓固 定部分就裝配完畢，再與按前述要求加工好的L形金屬桿受力加壓件 1-02 —起，就組成了一套能夠?qū)崿F(xiàn)作用力轉(zhuǎn)換的切向加力部件1-00, 將壓電^皮測試才羊1-12方文入切向加力部件1-00中固定后，再對切向加力 部件1-00中的兩個受力端面(水平半圓凹槽1-09和1-IO)之間施加縱 向低頻作用力(參見圖l)，那么，切向加力部件1-00中的壓電被測試樣1-12就能容易的得到由縱向低頻作用力而轉(zhuǎn)換成的切向低頻作用力。 實施例2
參考圖5建立一套壓電元件(115切向壓電應變常數(shù)準靜態(tài)法測量使用 的系統(tǒng)裝置，本實施例所給出的測量壓電元件山5切向壓電應變常數(shù)的系 統(tǒng)裝置由切向加力部件l-OO、施力裝置2-00和電^^部分3-00組成；其中 所述的切向加力部件1-00直接應用實施例1的(參見圖1 )，施力裝置2-00 和電路部分3-OO直接選用目前國內(nèi)外常用的ZJ系列準靜態(tài)d33測量儀，如 ZJ-3、 ZJ-4系列準靜態(tài)d33測量儀、ZJ-6系列準靜態(tài)d33/d3,測量儀、或者 是其它采用比較法原理的準靜態(tài)d33測量儀等產(chǎn)品，其中的施力裝置2-00 主要包含有上測試探頭2-01和下測試探頭2-02、調(diào)節(jié)手輪2-03、內(nèi)部比 較樣品上探頭2-04、內(nèi)部比較樣品2-05、內(nèi)部比較樣品下探頭2-06、振 動活塞2-08和電磁驅(qū)動器2-07等主要部件，他們自上而下串聯(lián)安裝，上 測試探頭2-01可以通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪2-03上下移動(參見圖2);電路部 分3-00主要由振蕩器3-01、功率放大器3-02、第一前置放大器3-03、第 二前置放大器3-04、數(shù)據(jù)處理部分3-05、結(jié)果顯示3-06和電源3-07等組 成(參見圖3)。
ZJ系列準靜態(tài)d33測量儀的施力裝置2-00和電路部分3-00之間按照原 準靜態(tài)d"測量儀器的要求通過兩根多芯電纜4-01和4-02連接好(參見圖 4)，再按實施例l的要求組裝好切向加力部件l-00,這樣，由ZJ系列準 靜態(tài)d"測量儀的施力裝置2-00、電路部分3-00和切向加力部件l-00三部 分一起共同構(gòu)成了 一套簡單實用的準靜態(tài)法測量壓電元件山5切向壓電 應變常數(shù)的系統(tǒng)裝置。
實施例3
采用本發(fā)明提供的測量系統(tǒng)來測量壓電元件d,5切向壓電應變常數(shù)的 具體方法。
本實施例中的壓電被測元件1-12為PZT型壓電陶資材料制作的長方 片，長度為15mm、寬度為10mm、厚度為2mm (對本測量系統(tǒng)而言對壓 電被測元件的長、寬、厚無過多的限制，只要能夾在實施例l給出的切向加力部件中l(wèi)-OO即可)，首先在長方片壓電被測元件5mmx 2mm的兩個 平面上制備極化電極和進行極化，然后將原極化電極除去，再在15mmx IO咖的兩個平面上重新制備測量電極(上述的壓電被測試樣1-12的極化 和電極工藝為本4支術(shù)領域中熟知的測量(115切向壓電常^:測試樣品的制 作工藝)。
將準備好的壓電被測元件1-12放入切向加力部件1-00中受力加壓 固定部分的受力加壓固定支架1-01和受力加壓件1-02的兩個加力端面 之間(壓電^皮測元件1-12中15mmxl0mm的電極平面與加力端面相接 觸)，將受力加壓固定部分中的固定框架1-03翻轉(zhuǎn)到受力加壓件1-02 的豎桿背面，使橫梁中心的調(diào)節(jié)螺栓1-05末端對準受力加壓件1-02豎 桿上的半球形凹槽1-11，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓1-05使其末端的絕緣套1-06 嵌入受力加壓件1-02豎桿上的半球形凹槽1-11內(nèi)，頂住受力加壓件
1- 02的豎桿并固定住壓電被測元件1-12。
將裝入壓電被測元件1-12的切向加力部件1-00垂直放置在ZJ系 列準靜態(tài)(133測量儀施力裝置2-00中的上測試探頭2-01和下測試探頭
2- 02之間，切向加力部件1-00中的水平半圓凹槽1-09與施力裝置2-00 中的下測試探頭2-02相4妾觸，切向加力部件1-00中的水平半圓凹槽
1- IO與施力裝置2-00中的上測試探頭2-01相對應(或者反過來切向加 力部件1-00中的水平半圓凹槽1-09與施力裝置2-00中的上測試探頭
2- 01相對應，切向加力部件1-00中的水平半圓凹槽1-10與施力裝置 2-00中的下測試探頭2-02相接觸)，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪2-03調(diào)整上測試探 頭2-01的位置將切向加力部件1-00輕輕夾住，然后水平移動切向加力 部件1-00使得其中夾住的壓電被測元件1-12的厚度中心與施力裝置 2-00中的上測試探頭2-01和下測試探頭2-02之間的連線基本對準，再 次旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪2-03調(diào)整上測試探頭2-01將切向加力部件1-00夾緊
(參見圖5)。
打開ZJ系列準靜態(tài)d33測量儀電源開關(guān)，施力裝置2-00產(chǎn)生出縱 向低頻作用力作用在內(nèi)部壓電比較樣品2-05和切向加力部件1-00上， 切向加力部件1-00又把低頻作用力作用在夾住的壓電被測元件1-12上，內(nèi)部壓電比較樣品 2-05和壓電被測元件1-12由于受到方向不同而幅度相同的外力作用而 產(chǎn)生出的縱向低頻壓電電荷和切向低頻壓電電荷送至ZJ系列準靜態(tài)d33 測量儀電路部分3-00中進行轉(zhuǎn)換、放大和按照內(nèi)部壓電比較樣品2-05 的d33縱向壓電常數(shù)值乘以待測壓電被測元件1-12和內(nèi)部壓電比較樣品 2-05兩者低頻壓電電壓比值的公式進行計算處理，在此過程中壓電被測 元件1-12由于壓電效應得到的低頻壓電電壓為切向低頻壓電電壓，因 而，由ZJ系列準靜態(tài)d"測量儀中電路部分3-00計算處理后所給出的 顯示結(jié)果實際上就是本實施例中所需要的壓電被測元件1-12的(115切向 壓電常數(shù)測量結(jié)果，因此，不需做任何修正可直接讀取使用。
權(quán)利要求
1. 一種壓電材料切向壓電應變常數(shù)準靜態(tài)法測量系統(tǒng)，由切向加力部件(1-00)、施力裝置(2-00)和電路部分(3-00)組成；所述的施力裝置(2-00)和電路部分(3-00)由兩根多芯電纜(4-01)和多芯電纜(4-02)相互連接，其中多芯電纜(4-01)將電路部分(3-00)中功率放大器(3-02)的輸出與施力裝置(2-00)中電磁驅(qū)動器(2-07)的輸入相連，另一根多芯電纜(4-02)將來自施力裝置(2-00)的“被測”與“比較”兩路信號接入電路部分(3-00)中的第一前置放大器(3-03)和第二前置放大器(3-04)；其特征在于，所述的加力部件(1-00)，包括受力加壓固定部件和受力加壓件(1-02)；所述的受力加壓固定部件由一受力加壓固定支架(1-01)、固定框架(1-03)、固定軸(1-04)、調(diào)節(jié)螺栓(1-05)、絕緣套(1-06)、第一定位軸套(1-07)和第二定位軸套(1-08)組成；其中所述的受力加壓固定支架(1-01)為L形金屬桿，所述的L形金屬桿的豎桿內(nèi)面為對壓電被測試樣施加作用力的加力端面，該L形金屬桿的豎桿中部開有一個與其加力端面相平行的橫向軸孔(1-13)，在橫梁外端面開有一水平半圓凹槽(1-09)，使用時作為受力和電極端面可以方便地進行橫向移動；所述的固定框架(1-03)為門框形結(jié)構(gòu)，所述的門框形結(jié)構(gòu)的橫梁中心位置有一垂直螺孔，該固定框架(1-03)的兩個立柱末端各有一平行于橫梁的水平軸孔；所述的調(diào)節(jié)螺栓(1-05)的螺紋部分與固定框架(1-03)橫梁中心位置的垂直螺孔相配合，由外向內(nèi)旋入后末端再安裝上絕緣套(1-06)；所述的固定軸(1-04)與所述的受力加壓固定支架(1-01)豎桿中部的橫向軸孔(1-13)以及在左右兩側(cè)設置的第一定位軸套(1-07)及第二定位軸套(1-08)為軸配合，先由固定軸(1-04)依次穿在一起后再被安裝在固定框架(1-03)的兩個立柱末端上的水平軸孔之間；所述的受力加壓件(1-02)也為L形金屬桿，所述的L形金屬桿的豎桿內(nèi)面為對壓電被測試樣施加作用力的另一個加力端面，該L形金屬桿的豎桿外面中間偏下位置開有一個半球形凹槽(1-11)，使用時與絕緣套(1-06)的半球形結(jié)構(gòu)相配合，L形金屬桿的橫梁外端面開有一水平半圓凹槽(1-10)，使用時也作為受力和電極端面可以方便地進行橫向移動。
2. 按照權(quán)利要求1所述的壓電材料切向壓電應變常數(shù)準靜態(tài)法測 量系統(tǒng)，其特征在于，所述的絕緣套(1-06)由絕緣材料制成，為圓柱 加半球形結(jié)構(gòu)，且圓柱一端的中心位置有一個螺孔與調(diào)節(jié)螺栓(1-05) 的螺紋相配合。
3. 按照權(quán)利要求l所述的壓電材料切向壓電應變常數(shù)準靜態(tài)法測量 系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一定位軸套(1-07 )和第二定位軸套(1-08 ) 完全一樣，兩者長度之和再加上受力加壓固定支架(1-01)的寬度與固 定框架(1-03)門框內(nèi)的寬度相同。
4. 按照權(quán)利要求1所述的壓電材料切向壓電應變常數(shù)準靜態(tài)法測 量系統(tǒng)，其特征在于，所述的施力裝置(2-00)和電^各部分(3-00)選 用準靜態(tài)法(133測量儀的產(chǎn)品，或?qū)＠枮閆L97231420. 2的專利產(chǎn)品。
5. —種應用權(quán)利要求1所述的壓電材料切向壓電應變常數(shù)準靜態(tài) 法測量系統(tǒng)進行壓電材料準靜態(tài)法切向壓電應變常數(shù)測量的方法，其特 征在于，包括以下步驟1) 將被測試樣(1-12)放在切向加力部件(1-00)中的受力加壓 固定支架(1-01)和受力加壓件(1-02)的兩個加力端面之間，旋轉(zhuǎn)固 定框架(1-03)使得其橫梁位于受力加壓件(1-02)的豎桿外面。并旋 轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓(1-05 ),其絕緣套(1-06 )的半球頭嵌入受力加壓件(1-02 ) 豎桿上的半球形凹槽(1-11)內(nèi)，頂住受力加壓件(1-02)的豎桿并將 被測試樣(1-12)固定??；2) 將選用的準靜態(tài)d33測量儀，按照儀器的原有要求用多芯電纜 (4-01)和(4-02 )連接好施力裝置(2-00 )和電路部分(3-00 ),把裝好壓電被測試樣(1-12)的切向加力部件(1-00)垂直放置在施力裝 置中的上測試探頭(2-01)和下測試探頭(2-02)之間，使上測試探頭(2-01)和下測試探頭(2-02)的中心連線對準被測試樣(1-12)的厚 度中心位置，然后旋轉(zhuǎn)施力裝置(2-00 )上的調(diào)節(jié)手輪(2-03 )將其夾 ??；3)接通準靜態(tài)(133測量儀的電源，其中的施力裝置(2-00)產(chǎn)生縱 向低頻作用力施加在上測試探頭(2-01)和下測試4果頭(2-02 )之間的 切向加力部件(1-00)上，切向加力部件(1-00)將其轉(zhuǎn)換成為切向低 頻作用力施加在壓電凈皮測試樣(1-12 )上，由正壓電效應在壓電被測試 樣(1-12)上產(chǎn)生出切向壓電電荷，通過連接電纜(4-02)送至電路部 分(3-00)進行放大和處理，然后直接從準靜態(tài)法(133測量儀的顯示輸 出讀取壓電被測試樣(1-12)的(115切向壓電常數(shù)測試結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電材料d₁₅切向壓電應變常數(shù)的準靜態(tài)測量方法和系統(tǒng)，該方法通過專用的切向加力部件在現(xiàn)有的準靜態(tài)d₃₃測量儀上，對壓電被測試樣“縱向力”→“切向力”的轉(zhuǎn)換和直接給出了壓電被測試樣的d₁₅切向壓電應變常數(shù)測量結(jié)果。該測量系統(tǒng)由切向加力部件、施力裝置和電路部分組成；其中切向加力部件由受力加壓固定支架、固定框架、固定軸、調(diào)節(jié)螺栓、絕緣套和定位軸套構(gòu)成受力加壓固定部件，與受力加壓件組成；施力裝置和電路部分用各種型號準靜態(tài)d₃₃測量儀，準靜態(tài)d₃₃測量儀的施力裝置和電路部分之間按照原準靜態(tài)d₃₃測量儀器的要求，通過兩根多芯電纜連接。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)與目前使用的動態(tài)法相比具有操作簡單、實用性強和易于推廣實施的優(yōu)點。
文檔編號G01R29/22GK101430352SQ20081014696
公開日2009年5月13日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者童 張, 易曉星, 潮 潘, 章力旺, 金亨煥, 陳守六, 鮑小琪 申請人:中國科學院聲學研究所