中科院ZJ系列壓電參數(shù)d33系數(shù)特性測試裝置設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹

一、前沿分析：目前市場上主流的D33系數(shù)測試儀主要是中科院的ZJ-3型D33系數(shù)測量儀，ZJ-4型寬量程壓電D33測量儀和ZJ-6型D33/31/D15型綜合型系數(shù)測試儀，另外有針對于疊層壓電ZJ-5型D33系數(shù)測試儀這幾款常溫的設(shè)備，還有GDPT-900A型高低溫D33系數(shù)測試儀，這些基本上滿足目前的常溫壓電陶瓷和薄膜測試，針對于個(gè)別的極端條件下的測試可以采用GDPT-900A型變溫D33測試儀。這些都是目前高校和科研院校的重要測試儀。

二、主要原理介紹：

 縱向壓電應(yīng)變常數(shù)d33是壓電材料的基本物理參數(shù)。它不僅決定了壓電材料的性能，同時(shí)也直接影響著換能器的性能參數(shù)。另外，通過d33還可以導(dǎo)出其他參數(shù)，如靈敏度g33等。由于同一批材料的壓電陶瓷參數(shù)具有很大的離散度，故測量壓電陶瓷的d33是很有必要的。

    影響d33測試準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性的因素有很多，主要考慮以下因素心：壓力是否全部加于試樣，壓力的方向是否與試樣極化軸平行，測試電極是否平整和相互平行，受力和產(chǎn)生感應(yīng)電效應(yīng)的面積是否相等，壓力釋放瞬間是否有試樣抖動(dòng)等。另外，測試線路的絕緣狀況、電容和輸入阻抗等性能參數(shù)也對此有影響。

    d33的檢測方法有多種。中國科學(xué)院聲學(xué)所研制了以動(dòng)態(tài)法原理工作的自動(dòng)測量儀Ⅲ。該測量儀既保持了動(dòng)態(tài)法的特點(diǎn)，又避免了人工操作、費(fèi)時(shí)的不足，是一種簡捷、快速測試d33的工具。近年來，國外研制了可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)的數(shù)控阻值測量儀，如HP4192A阻抗分析儀，采用的仍然是檢測壓力作用下產(chǎn)生電荷的準(zhǔn)靜態(tài)法，通過檢測受壓產(chǎn)生電荷，但由于電荷衰減、泄漏、電荷放大器要求苛刻等因素，在一定程度上影響了檢測的精度，且價(jià)格昂貴，推廣較難。上述方法測得同一樣品的鞏。值并不完全一致，從而造成檢測的d33參數(shù)只具有參考意義，可比性卻受到限制。本文設(shè)計(jì)了一種基于掃頻方法的凼。參數(shù)測試裝置。該裝置采用諧振與反諧振頻率的檢測方法，保持了動(dòng)態(tài)法測量參數(shù)多、精度高的特點(diǎn)；同時(shí)，還可以檢測計(jì)算其他PZT參數(shù)，避免了人工操作繁瑣、計(jì)算費(fèi)時(shí)的不足，拓寬了動(dòng)態(tài)法的應(yīng)用范圍。

     1 d33的測量原理

     d33反映的是在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變力，稱為壓電應(yīng)變常數(shù)。

      壓電陶瓷的電壓為

 

     本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的壓電陶瓷d33參數(shù)動(dòng)態(tài)測試裝置。通過測量在壓力恒定條件下不同頻率時(shí)電路的電流變化，間接觀測出現(xiàn)的諧振與反諧振過程，實(shí)現(xiàn)了在線壓電陶瓷d33參數(shù)測量，與標(biāo)準(zhǔn)d33測試儀器檢測的結(jié)果進(jìn)行了比較。本文采用類似于計(jì)算諧振與反諧振頻率的方法，為測試壓電參數(shù)提供了一種方法。在計(jì)算d騶的過程中，還可同時(shí)計(jì)算得到其他參數(shù)。若通過一定改進(jìn)，附加被測樣品的自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)，可以有效地提高測試過程效率。