一種氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置和測量方法，尤其涉及一種采用氣腔壓力 法的薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓電常數(shù)（Piezoelectric Constant)是壓電體把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑虬央娔苻D(zhuǎn) 變?yōu)闄C械能的轉(zhuǎn)換系數(shù)。它反映壓電材料彈性（機械）性能與介電性能之間的耦合關(guān)系。 選擇不同的自變量，可以得到四組壓電常數(shù)d、g、e、h，其中較常用的是壓電常數(shù)d。其中壓 電常數(shù)d 33是表征壓電材料性能的最常用的重要參數(shù)之一，一般陶瓷的壓電常數(shù)越高，壓電 性能越好。下標中的第一個數(shù)字指的是電場方向，第二個數(shù)字指的是應(yīng)力或應(yīng)變的方向， "33"表示極化方向與測量時的施力方向相同。
[0003] 壓電常數(shù)測量的基本原理是利用材料的壓電效應(yīng)，包括正壓電效應(yīng)和逆壓電效 應(yīng)。即給薄膜施加應(yīng)力，測量產(chǎn)生的電荷（電壓）；或給薄膜施加電壓，測量產(chǎn)生的應(yīng)變， 由此推得薄膜的壓電系數(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于：將待測薄膜材料放置在 全封閉氣腔內(nèi)，所述全封閉氣腔通過壓力控制器連接氣源，由壓力控制器控制全封閉氣腔 內(nèi)的壓力，所述全封閉氣腔包括上蓋板、中間腔體和下蓋板，所述上蓋板和中間腔體之間以 及中間腔體和下蓋板之間設(shè)置有密封圈，在所述下蓋板上的中間腔體內(nèi)設(shè)置有支撐柱，支 撐柱上設(shè)置有待測薄膜材料放置平臺，平臺上有待測薄膜材料放置凹孔，用來放置待測薄 膜材料，平臺邊設(shè)置有內(nèi)導電柱，所述內(nèi)導電柱分別與所述待測薄膜材料上下兩面的電極 電連接，內(nèi)導電柱通過同軸線與設(shè)置在腔體壁上的連通全封閉氣腔內(nèi)外的外導電柱電連 接，外導電柱的外接線連接電荷放大器，通過電荷放大器連接到數(shù)字示波器；所述壓力控制 器連接有數(shù)字壓力計，所述全封閉氣腔內(nèi)還設(shè)置有熱電偶傳感器，熱電偶傳感器連接監(jiān)控 用數(shù)字溫度計。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于：所述外 導電柱設(shè)置在下蓋板壁上。
3. 如權(quán)利要求1所述的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于：所述中 間腔體外的下蓋板上設(shè)置有水平監(jiān)控泡，下蓋板下方設(shè)置有多個支撐底腳，所述支撐底腳 上均設(shè)置有高度調(diào)節(jié)螺釘。
4. 如權(quán)利要求3所述的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于：所述支 撐底腳設(shè)置為三個，均勻設(shè)置在下蓋板下方，每個支撐底腳間夾角為120度。
5. -種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的測量裝置測量薄膜材料壓電常數(shù)的測量方法，其特征 在于包括以下步驟：（1)打開上蓋板，將待測薄膜材料置于全封閉氣腔之中，將待測薄膜材 料的上下電極引線與內(nèi)導電柱相連；（2)確認所述內(nèi)導電柱與外導電柱連接后關(guān)閉全封閉 氣腔；（3)采用氮氣瓶作為氣源供氣，將壓力控制器先置于數(shù)值A(chǔ) kPa，并向全封閉氣腔內(nèi) 實施該壓力；(4)記錄此時數(shù)字壓力表的示值P1IcPa,通過待測薄膜材料后，外導電柱連接的 電荷放大器的轉(zhuǎn)換倍率匕，在數(shù)字示波器上得到的對應(yīng)所示的電壓值V 1; (5)再將壓力控制 器置于數(shù)值B kPa，并向全封閉氣腔內(nèi)實施該壓力，記錄此時的數(shù)字壓力表的示值P2kPa，通 過待測薄膜材料后變化的電荷放大器的轉(zhuǎn)換倍率k 2，數(shù)字示波器的所示的電壓值V2; (6)采 用以下的公式得到壓電常數(shù)d33
，其中M為薄膜材料的面積。
【專利摘要】本發(fā)明涉及薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，屬于測量領(lǐng)域。一種氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于：將待測薄膜材料放置在全封閉氣腔內(nèi)，所述全封閉氣腔通過壓力控制器連接氣源，由壓力控制器控制全封閉氣腔內(nèi)的壓力，所述待測薄膜材料上下兩面的電極與設(shè)置在全封閉氣腔的腔體壁上的連通全封閉氣腔內(nèi)外的導電柱電連接，所述導電柱的外接電線連接電荷放大器，最后連接到數(shù)字示波器，所述壓力控制器連接有數(shù)字壓力計，所述全封閉氣腔內(nèi)還設(shè)置有熱電偶傳感器，熱電偶傳感器連接監(jiān)控用數(shù)字溫度計。本發(fā)明的測量裝置和測量方法測試簡單直接，待測薄膜材料在測試中非常穩(wěn)定，大大提高了測試精度。
【IPC分類】G01R29-22
【公開號】CN104635065
【申請?zhí)枴緾N201510043869
【發(fā)明人】安兆亮, 鄧崢, 何龍標, 傅云霞, 楊平, 陳文王
【申請人】上海市計量測試技術(shù)研究院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月28日