專利名稱：一種壓電晶片本征頻率的測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量裝置，特別是關于一種壓電晶片本征頻率的測量裝置。
背景技術：
壓電晶片(壓電陶瓷)由于具有較高的機電轉換系數和穩(wěn)定的性能，因此，是現有 技術中無損檢測超聲探頭和海底聲納等傳感器的核心元件。而測量壓電晶片的本征頻率等 技術性能參數，對于選用合適的壓電晶片作為傳感器，具有重要的意義。目前壓電晶片本征 頻率的測量方法主要是傳輸線路法，其具體步驟為首先用信號發(fā)生器(亦稱函數發(fā)生器) 產生頻率可調的連續(xù)正弦波電信號，施加到由壓電晶片和分壓電阻(或匹配電阻)組成的 測量電路中，然后不斷調節(jié)信號發(fā)生器的頻率，當高頻電壓表值最大或最小時，通過頻率計 即可讀出壓電晶片的本征頻率。這種測量方法實質上是一種共振(諧振)測量方法，其原 理是當某一頻率的電激勵信號使壓電晶片處于諧振或反諧振狀態(tài)時，壓電晶片呈現出最 大或最小阻抗，從而在高頻電壓表上得到最大或最小電壓值。傳輸線路法雖然可以同時測量出壓電晶片的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率，但是 需要在特征頻率附近仔細調節(jié)，并反復觀測高頻電壓表的示值，測量費時而且不夠精準。并 且在這種測量方法中，還由許多限定條件，如要求信號發(fā)生器的輸出阻抗低于壓電晶片的 阻抗，要求匹配電阻大于10倍的壓電晶片的阻抗等，而在測量之前，這個阻抗值是未知的， 難以預先確定，另外對測量電路的分布電容也有嚴格要求。而且傳輸線路法對試樣的尺寸 也有要求，例如，對圓盤形厚度振動模的壓電晶片，要求直徑遠遠大于厚度；縱向振動的圓 棒形壓電晶片，要求直徑遠遠小于長度，對于尺寸相差不大的壓電晶片，用傳輸線路法，測 量的結果往往存在誤差。
發(fā)明內容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種無需對信號發(fā)生器的輸出阻抗和匹 配電阻進行限定，且不受壓電晶片尺寸限制的壓電晶片本征頻率的測量裝置。為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案一種壓電晶片本征頻率的測量 裝置，其特征在于它包括一用于產生Tone-Burst正弦波信號的函數發(fā)生器，所述函數發(fā) 生器的信號輸出端連接壓電晶片的兩電極，所述壓電晶片的兩電極上還并聯(lián)連接一數字示 波器。本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點1、本實用新型由于采用數 字示波器，可以通過對采集到的壓電晶片的自由振動信號進行傅立葉變換，直接得到其本 征頻率，因此，無需反復仔細調節(jié)和觀測讀數，測量效率高，測量數值準確。2、本實用新型通 過設置函數發(fā)生器產生Tone-Burst正弦波信號的周期數以及頻率，對壓電晶片進行電脈 沖激勵，使壓電晶片產生振動，并且激勵脈沖信號的頻譜寬度較寬，一般會含有壓電晶片本 征頻率的成分，因此，無需對信號發(fā)生器輸出阻抗和匹配電阻等進行特殊限定，對測量數值 幾乎沒有影響。3、本實用新型可對任意尺寸的壓電晶片進行測量，因此，不受壓電晶片的尺寸限制。本實用新型結構設計巧妙，操作方便，測量精度高，可廣泛用于壓電晶片本征頻率 的測量過程中。

圖1是本實用新型測量電路結構示意圖圖2是本實用新型示波器測量得到的信號波形示意圖圖3是本實用新型示波器測得的自由振動信號波形的放大示意圖圖4是本實用新型示波器測得的自由振動信號波形的頻譜示意圖圖5是本實用新型Tone-Burst信號的一個實施例示意圖
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。本實用新型基于以下原理當一個壓電晶片受到交變電場的激勵作用時，由于逆 壓電效應而產生機械振動。當這種電激勵停止時，壓電晶片的這種機械振動并不會立即停 止，而會存在自由衰減振動現象。在自由衰減振動期間，由于正壓電效應，在壓電晶片的兩 個電極之間，必可測得其自由振動的電壓信號。通過測量和分析這種壓電晶片的自由振動 信號，就可測出壓電晶片的本征頻率。如圖1所示，本實用新型包括一用于產生Tone-Burst正弦波信號的函數發(fā)生器1， 函數發(fā)生器1的信號輸出端連接壓電晶片2的兩電極，同時，壓電晶片2的兩電極上還并聯(lián) 連接一數字示波器3。本實用新型的測量方法包括以下步驟1)如圖1、2所示，開啟函數發(fā)生器1，使其產生一定周期數(1 100個)的 Tone-Burst正弦波信號A (圖2中A箭頭所指部分信號)，在此過程中，調節(jié)函數發(fā)生器1 以頻率f對壓電晶片2進行電脈沖激勵，使壓電晶片2產生振動；當函數發(fā)生器1完成周期 數時，對壓電晶片2的電脈沖激勵停止，壓電晶片2開始自由振動，通過數字示波器3采集 壓電晶片2兩電極之間的自由振動信號B(圖2中B箭頭所指部分信號)。2)如圖3所示，調節(jié)數字示波器3，將步驟1)中壓電晶片2兩電極之間的自由振 動信號B放大，并用現有技術中的計算機軟件對該放大信號進行快速傅立葉變換分析。3)如圖4所示，取步驟2)中傅立葉變換分析得到的頻譜圖上的峰值的頻率，則為 該被測壓電晶片2的本征頻率。4)調節(jié)改變步驟1)中函數發(fā)生器1的頻率f，從而改變Tone-Burst正弦波信號 的頻率到另一段頻率范圍，重復步驟2、和步驟幻，可測得壓電晶片2的各個本征頻率。分析說明傳統(tǒng)的傳輸線路測量法需要在壓電晶片的本征頻率附近范圍，人工仔 細搜尋阻抗最小時的本征頻率點，采用本實用新型則不需這個搜尋過程。因為本實用新型 中函數發(fā)生器1產生的Tone-Burst激勵脈沖信號中含有較寬范圍的各連續(xù)頻率分量的信 號，即激勵脈沖信號的頻譜寬度較寬，一般可以在測試時事先估算壓電晶片的本征頻率范 圍，設置Tone-Burst信號，使激勵信號中含有壓電晶片本征頻率的成分，而壓電晶片在本 征頻率激勵下阻抗最小，振動最強，因此一旦停止激勵后，壓電晶片的自由振動信號就主要 是其本征頻率的信號，因而可以用傅立葉變換的方法測得其本征頻率。
權利要求1. 一種壓電晶片本征頻率的測量裝置，其特征在于它包括一用于產生Tone-Burst正 弦波信號的函數發(fā)生器，所述函數發(fā)生器的信號輸出端連接壓電晶片的兩電極，所述壓電 晶片的兩電極上還并聯(lián)連接一數字示波器。
專利摘要本實用新型涉及一種壓電晶片本征頻率的測量裝置，其特征在于它包括一用于產生Tone-Burst正弦波信號的函數發(fā)生器，所述函數發(fā)生器的信號輸出端連接壓電晶片的兩電極，所述壓電晶片的兩電極上還并聯(lián)連接一數字示波器。本實用新型結構設計巧妙，操作方便，測量精度高，可廣泛用于壓電晶片本征頻率的測量過程中。
文檔編號G01H11/06GK201909668SQ20102061733
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2010年11月19日
發(fā)明者劉暢, 劉芳, 周慶祥, 張雙楠, 張恩勇, 曹靜, 沙勇, 董瑞琪, 蔡桂喜 申請人:中國海洋石油總公司, 中國科學院金屬研究所, 中海石油研究中心