本發(fā)明涉及一種壓電材料的測量領(lǐng)域，尤其涉及一種剪切型壓電材料的測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

傳感器已成為獲得自然和生產(chǎn)信息的一種極為重要的工具，尤其對于現(xiàn)代工業(yè)來說，如缺少傳感器，現(xiàn)代工業(yè)就將失去基礎(chǔ)。壓電材料作為傳感器中的一個關(guān)鍵部件，其性能參數(shù)對傳感器的各項指標有著決定性的影響。因此，必須準確地對壓電材料的性能參數(shù)進行測量，才能制造出一流的傳感器。

壓電材料按結(jié)構(gòu)可大致分為壓縮型和剪切型兩種。采用剪切型壓電材料制作的傳感器具有體積小、靈敏度大、安裝諧振頻率高、頻率響應(yīng)范圍寬、橫向振動比小、基座應(yīng)變靈敏度小等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用，并有替代壓縮型傳感器的趨勢。因此，剪切型壓電材料作為其中的關(guān)鍵部件，得到大力發(fā)展。

壓電常數(shù)是壓電材料的一項重要指標，直接影響到傳感器的靈敏度參數(shù)。剪切型壓電材料的壓電常數(shù)為切向壓電常數(shù)，表示符號為d15。

目前較常用的測量切向壓電常數(shù)d15主要采用準靜態(tài)方法：在準靜態(tài)d33測量儀上安裝45°斜面夾具，測量時，分解壓電材料受到的激振力為正壓力和剪切力，通過計算剪切力以及壓電材料和準靜態(tài)d33測量儀的輸出，得到壓電常數(shù)d15。此方法存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣，誤差大，抗干擾性差等缺點，且準靜態(tài)d33測量儀中的參考壓電體的壓電常數(shù)會因時間而改變，造成準靜態(tài)d33測量儀輸出偏差，更增大了測量誤差。

因此開發(fā)一種簡單易行，可準確測量壓電材料切向壓電常數(shù)d15的檢測技術(shù)成為業(yè)界長期以來渴望解決的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種切向壓電常數(shù)d15的測量裝置，簡便易行，能夠?qū)崿F(xiàn)壓電材料切向壓電常數(shù)d15的測量，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高壓電材料測試效率。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種切向壓電常數(shù)d15的測量裝置，包括：

-底座，其具有第一定位面；

-質(zhì)量塊，其具有第二定位面，所述第一定位面與所述第二定位面相對設(shè)置并形成與被測壓電材料形狀匹配的間隙空間；

-定位元件，其施力于所述質(zhì)量塊上，以使所述第二定位面壓緊所述被測壓電材料于所述第一定位面上；

其中，所述底座與所述質(zhì)量塊為導體，所述定位元件為絕緣體，所述第一定位面和所述第二定位面為豎直平面或二者的切面位于豎直平面內(nèi)，所述底座與所述質(zhì)量塊之間絕緣設(shè)置，所述質(zhì)量塊還連接有信號輸出線。

進一步的，所述底座具有相背設(shè)置的兩個所述第一定位面，所述測量裝置包括兩個所述質(zhì)量塊，兩個所述第一定位面分別與兩個所述質(zhì)量塊的兩個第二定位面相對設(shè)置并形成兩個所述間隙空間，所述定位元件采用彈簧夾，所述彈簧夾的兩只夾臂分別施力在兩個所述質(zhì)量塊上。

進一步的，所述底座還具有第三定位面，所述第三定位面為水平平面，其上擱置有水平的墊板，所述墊板可抽離的設(shè)置，用于支撐所述被測壓電材料和所述質(zhì)量塊底面。

進一步的，所述測量裝置還包括上罩，所述上罩罩設(shè)所述被測壓電材料、所述質(zhì)量塊以及所述定位元件并且下端口固定安裝在所述底座上。

進一步的，所述底座大體呈倒置t形，t形的豎直部分設(shè)置第一定位面，t形的水平部分設(shè)置第三定位面，設(shè)在t形的豎直部分，t形的水平部分還固定連接一上罩的下端口。

進一步的，t形的水平部分上還設(shè)有貫通其第三定位面和其端面的線孔，所述信號輸出線穿設(shè)過所述線孔。

進一步的，所述第一定位面和所述第二定位面均為平面或均為弧形面。

進一步的，所述底座的底面還設(shè)有用于與參考傳感器固定連接的安裝孔。

本發(fā)明還提供另一個技術(shù)方案，采用如上所述的測量裝置的切向壓電常數(shù)d15的測量方法，包括如下步驟：

(1)將所述測量裝置背靠背固定在一參考傳感器上，所述參考傳感器安裝在一激振設(shè)備上，所述測量裝置的信號輸出線和所述參考傳感器的信號輸出線分別連接至一檢測設(shè)備上；

(2)開啟所述激振設(shè)備，使所述測量裝置和所述參考傳感器因振動而產(chǎn)生信號并傳送至所述檢測設(shè)備；

(3)采集并記錄所述測量裝置的輸出信號qp和所述參考傳感器的輸出信號qs，

通過下式即能計算得出壓電材料的切向壓電常數(shù)d15。

其中，s為查閱計量校準報告得參考傳感器的靈敏度；

m1、m2、m3、m4分別為稱量得到的被測壓電材料的質(zhì)量、質(zhì)量塊的質(zhì)量、定位元件的質(zhì)量以及測量裝置的信號輸出線的質(zhì)量。

進一步的，通過檢測設(shè)備比較所述測量裝置和所述參考傳感器的輸出信號的波形或相位，根據(jù)所述參考傳感器的極性判斷所述被測壓電材料的極性。

由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：

(1)現(xiàn)有技術(shù)中，切向壓電常數(shù)的測量存在一定誤差，且難以校準；本發(fā)明利用壓電材料的正壓電效應(yīng)原理，真實模擬剪切型傳感器的工作狀態(tài)，采用動態(tài)法，測量準確，且使用經(jīng)過計量校準的參考傳感器作為參照，使測量結(jié)果更為精確，抗干擾性好，測量效率高，特別適用于制作剪切式的歸一化壓電加速度傳感器的壓電材料的測量；

(2)本發(fā)明中的測量裝置還包括墊板，墊板能有效隔離質(zhì)量塊和底座，防止產(chǎn)生的輸出信號短路，墊板的另一作用是能保證被測壓電材料的極化方向與振動方向平行，避免被測壓電材料安裝歪斜而產(chǎn)生測量誤差；

(3)本發(fā)明中的測量裝置還包括上罩，其與所述底座連接，使所述被測壓電材料、質(zhì)量塊和彈簧夾封裝與所述上蓋內(nèi)部，隔離干擾，保證測試結(jié)果準確性；

(4)本發(fā)明中的底座采用倒置t形結(jié)構(gòu)，具有兩個第一定位面，包括兩個質(zhì)量塊，以通過兩個第一定位面和兩個第二定位面形成兩個間隙空間，同時定位元件采用彈簧夾，給安裝好的被測壓電材料和質(zhì)量塊提供預(yù)緊力，防止滑落；

(5)本發(fā)明中的底座的底面還設(shè)有安裝孔，便于與參考傳感器連接。

附圖說明

圖1為本發(fā)明公開的切向壓電常數(shù)d15的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明公開的切向壓電常數(shù)d15的測量方法的連接示意圖；

圖3為本發(fā)明公開的測量裝置和參考傳感器的輸出信號的波形比較圖。

其中，1、底座；2、質(zhì)量塊；3、被測壓電材料；4、彈簧夾；5、信號輸出線；51、信號輸出端；6、墊板；7、上罩；8、測量裝置；9、參考傳感器；10、激振設(shè)備；11、信號輸出線；12、檢測設(shè)備。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下為用于說明本發(fā)明的一較佳實施例，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例一：

參見圖1，如其中的圖例所示，一種切向壓電常數(shù)d15的測量裝置，包括：

-底座1，其具有相背的兩第一定位面；

-兩質(zhì)量塊2，每個質(zhì)量塊2具有第二定位面，兩個第一定位面與兩個第二定位面相對設(shè)置并形成與被測壓電材料3形狀匹配的兩個間隙空間；

-彈簧夾4，其兩只夾臂分別施力于兩質(zhì)量塊2上，以使第二定位面壓緊被測壓電材料3于第一定位面上；

其中，底座1與質(zhì)量塊2為導體，彈簧夾4為絕緣體，第一定位面和第二定位面為豎直平面，底座1與質(zhì)量塊2之間絕緣設(shè)置，質(zhì)量塊2還連接有信號輸出線5，信號輸出線連接至信號輸出端51。

現(xiàn)有技術(shù)中，切向壓電常數(shù)的測量存在一定誤差，且難以校準；本發(fā)明采用動態(tài)法，測量準確，且使用經(jīng)過計量校準的參考傳感器作為參照，使測量結(jié)果更為精確，抗干擾性好，測量效率高，特別適用于制作剪切式的歸一化壓電加速度傳感器的壓電材料的測量。本發(fā)明中的底座采用倒置t形結(jié)構(gòu)，具有兩個第一定位面，包括兩個質(zhì)量塊，以通過兩個第一定位面和兩個第二定位面形成兩個間隙空間，同時定位元件采用彈簧夾，給安裝好的被測壓電材料和質(zhì)量塊提供預(yù)緊力，防止滑落。

一種實施方式中，底座1還具有第三定位面，第三定位面為水平平面，其上擱置有水平的墊板6，墊板6可抽離的支撐被測壓電材料3和質(zhì)量塊2底面。墊板6能有效隔離質(zhì)量塊2和底座1，防止產(chǎn)生的輸出信號短路，墊板6的另一作用是能保證被測壓電材料3的極化方向與振動方向平行，避免被測壓電材料3安裝歪斜而產(chǎn)生測量誤差.

一種實施方式中，測量裝置還包括上罩7，上罩7罩設(shè)被測壓電材料3、質(zhì)量塊2以及彈簧夾4并且下端口固定安裝在底座1上，隔離干擾，保證測試結(jié)果準確性。

一種實施方式中，t形的水平部分上還設(shè)有貫通其第三定位面和其端面的線孔，信號輸出線5穿設(shè)過線孔。信號輸出線5的走向更加清楚，且不影響上罩的固定。

一種實施方式中，底座1的底面還設(shè)有安裝孔。

參見圖2，如其中的圖例所示，為測量裝置的切向壓電常數(shù)d15的測量方法，包括如下步驟：

(1)將測量裝置8背靠背固定在一參考傳感器9上，參考傳感器9安裝在一激振設(shè)備10上，測量裝置8的信號輸出線5和參考傳感器9的信號輸出線11分別連接至一檢測設(shè)備12上；

(2)開啟激振設(shè)備10，使測量裝置8和參考傳感器9因振動而產(chǎn)生信號并傳送至檢測設(shè)備12；

(3)采集并記錄測量裝置8的輸出信號qp和參考傳感器9的輸出信號qs，

通過下式即能計算得出壓電材料的切向壓電常數(shù)d15。

其中，s為查閱計量校準報告得參考傳感器9的靈敏度；

m1、m2、m3、m4分別為稱量得到的被測壓電材料3的質(zhì)量、質(zhì)量塊2的質(zhì)量、彈簧夾4的質(zhì)量以及測量裝置8的信號輸出線5的質(zhì)量。

其中，其中，步驟(1)中，將測量裝置8背靠背固定在一參考傳感器9上，背靠背是指兩者同軸，且底座的安裝面相對安裝。如此安裝的優(yōu)點在于兩者受振動加速度相同。。

通過檢測設(shè)備12比較測量裝置8和參考傳感器9的輸出信號的波形或相位，根據(jù)參考傳感器9的極性判斷被測壓電材料3的極性。

觀察圖3波形，根據(jù)參考傳感器的極性.

如參考傳感器的極性為正，

①相位差0，被測材料上端面為正極；

②相位差180，被測材料下端面為正極；

如參考傳感器的極性為負：

①相位差0，被測材料下端面為正極；

②相位差180，被測材料上端面為正極。

實施例二

進一步的，第一定位面和第二定位面均為弧形面，弧形面的切面位于豎直平面內(nèi)。

以上為對本發(fā)明實施例的描述，通過對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。