測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置還包括將壓電加速度傳感器2加熱到規(guī)定溫度的溫控加熱單元3。在本實施形態(tài)中，該溫控加熱單元3可包括用于對壓電加速度傳感器2進行加熱的加熱爐301、用于支持加熱爐301的爐體支架302、和用于控制加熱爐301所產(chǎn)生的溫度的溫度控制器303。該加熱爐301可以加熱到不同溫度，從而可以有利于實現(xiàn)在不同溫度下實時測量壓電材料的壓電系數(shù)d33。該加熱爐301例如可以是可進行高溫加熱的高溫加熱爐。
[0027]又，該動態(tài)測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置還包括輸出規(guī)定加速度以用于激勵壓電加速度傳感器2輸出電荷信號的振動輸出單元I。在本實施形態(tài)中，該振動輸出單元I包括用于載置壓電加速度傳感器2并輸出規(guī)定加速度的振動臺101和用于控制該振動臺101輸出的加速度的振動控制部102。通過振動控制部102控制振動臺101以輸出所需的規(guī)定加速度，從而用于激勵壓電加速度傳感器2輸出電荷信號。在本實施形態(tài)中，振動臺101選自符合國家標準GB/T18328-2001的振動臺，但本發(fā)明不限于此。
[0028]此外，該動態(tài)測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置還包括采集由壓電加速度傳感器2輸出的電荷信號并基于該電荷信號得到待測壓電材料在規(guī)定溫度下的壓電系數(shù)d33的數(shù)據(jù)采集處理單元5。
[0029]該數(shù)據(jù)采集處理單元5例如可基于采集到的來自壓電加速度傳感器2的電荷信號，根據(jù)電荷信號與壓電系數(shù)之間的關系式，計算得到壓電材料在規(guī)定溫度下的壓電系數(shù)d33o電荷信號與壓電系數(shù)之間的關系式例如可包括:采用輸出電荷信號與加速度計算傳感器電荷靈敏度的公式、采用作用于壓電片的外力、壓電系數(shù)計算壓電片輸出電荷信號的公式、以及采用質(zhì)量塊的質(zhì)量和加速度計算施加于壓電片外力的公式等。
[0030]以下進一步詳細說明采用本實施形態(tài)的動態(tài)測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置進行測量的過程。
[0031]在本實施形態(tài)中，壓電加速度傳感器2可采用壓縮式壓電加速度傳感器，雖然未圖示，但其主要包括從上而下依次堆疊的質(zhì)量塊、壓電片和基座，和設置于壓電片中的輸出端，以及設置于質(zhì)量塊上方的彈簧。
[0032]在測量時，通過溫控加熱單元3將壓電加速度傳感器2加熱到規(guī)定溫度，并通過振動控制部102控制振動臺101以輸出規(guī)定加速度。傳感器基座與振動臺101剛性固定在一起。當傳感器感受到來自振動臺101的振動時，由于彈簧的剛度相當大，而質(zhì)量塊的質(zhì)量相對較小，可以認為質(zhì)量塊的慣性很小。因此，質(zhì)量塊感受到與傳感器基座相同的振動，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。這樣，質(zhì)量塊就有一正比于加速度的交變電壓。當振動頻率遠低于傳感器固有頻率時，傳感器的輸出電荷(電壓)與作用力成正比，亦即與振動臺101的加速度成正比。
[0033]輸出電荷由傳感器輸出端引出，輸入到電荷放大器4后就可以用數(shù)據(jù)采集處理單元5基于上述電荷信號與壓電系數(shù)之間的關系式得到在規(guī)定溫度下的壓電系數(shù)d33。例如，數(shù)據(jù)采集處理單元5可采用輸出電荷信號與上述規(guī)定的加速度計算傳感器電荷靈敏度，且由于壓電加速度傳感器的電荷靈敏度Sq正比于壓電片的壓電系數(shù)d33，因此可得到在該規(guī)定溫度下的壓電片的壓電系數(shù)d33。
[0034]根據(jù)本實施形態(tài)的動態(tài)測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置可實現(xiàn)壓電材料在室溫到760°C溫度范圍內(nèi)壓電系數(shù)d33的測試，從而實現(xiàn)了在不同溫度下實時測量壓電材料的壓電系數(shù)，克服了目前傳統(tǒng)壓電系數(shù)測試裝置只能測量壓電材料在室溫時的壓電系數(shù)，而無法獲得不同溫度時的壓電系數(shù)的這一關鍵難題。
[0035]進一步地，如圖1所示，該動態(tài)測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置還可包括連接在壓電加速度傳感器2的輸出端與數(shù)據(jù)采集處理單元5之間以放大壓電加速度傳感器2輸出的電荷信號的電荷放大器4。通過該電荷放大器4將壓電加速度傳感器2輸出的電荷信號放大后再輸入至數(shù)據(jù)采集處理單元5，從而數(shù)據(jù)采集處理單元5可基于該放大的電荷信號更有效且準確地得到待測壓電材料在規(guī)定溫度下的壓電系數(shù)d33。
[0036]采用本發(fā)明的動態(tài)測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置可動態(tài)測量壓電材料從室溫到760°C溫度范圍內(nèi)的壓電系數(shù)，克服了目前傳統(tǒng)壓電系數(shù)測試裝置只能測量壓電材料在室溫時的壓電系數(shù)，而無法獲得不同溫度時的壓電系數(shù)的這一關鍵難題，為壓電材料的實際高溫應用起到了重要的推進作用。
[0037]在不脫離本發(fā)明的基本特征的宗旨下，本發(fā)明可體現(xiàn)為多種形式，因此本發(fā)明中的實施形態(tài)是用于說明而非限制，由于本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定而非由說明書限定，而且落在權(quán)利要求界定的范圍，或其界定的范圍的等價范圍內(nèi)的所有變化都應理解為包括在權(quán)利要求書中。
【主權(quán)項】
1.一種動態(tài)測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置，其特征在于，包括: 裝載有作為待測壓電材料的壓電片的壓電加速度傳感器； 將所述壓電加速度傳感器加熱到規(guī)定溫度的溫控加熱單元； 輸出規(guī)定加速度以用于激勵所述壓電加速度傳感器輸出電荷信號的振動輸出單元； 采集由所述壓電加速度傳感器輸出的電荷信號并基于所述電荷信號得到所述待測壓電材料在所述規(guī)定溫度下的壓電系數(shù)的數(shù)據(jù)采集處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括連接在所述壓電加速度傳感器的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集處理單元之間以放大所述壓電加速度傳感器輸出的所述電荷信號的電荷放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述振動輸出單元包括用于載置所述壓電加速度傳感器并輸出所述規(guī)定加速度的振動臺和用于控制所述振動臺輸出的加速度的振動控制部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述振動臺選自符合國家標準GB/T18328-2001的振動臺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述溫控加熱單元包括用于對所述壓電加速度傳感器進行加熱的加熱爐、用于支持所述加熱爐的爐體支架、和用于控制所述加熱爐所產(chǎn)生的溫度的溫度控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述壓電加速度傳感器包括壓縮式壓電加速度傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種動態(tài)測量壓電材料高溫壓電系數(shù)的裝置，包括：裝載有作為待測壓電材料的壓電片的壓電加速度傳感器；將所述壓電加速度傳感器加熱到規(guī)定溫度的溫控加熱單元；輸出規(guī)定加速度以用于激勵所述壓電加速度傳感器輸出電荷信號的振動輸出單元；采集由所述壓電加速度傳感器輸出的電荷信號并基于所述電荷信號得到所述待測壓電材料在所述規(guī)定溫度下的壓電系數(shù)的數(shù)據(jù)采集處理單元。采用本發(fā)明可以實現(xiàn)在不同溫度下實時測量壓電材料的壓電系數(shù)。
【IPC分類】G01R29-22
【公開號】CN104698294
【申請?zhí)枴緾N201510116251
【發(fā)明人】周志勇, 李玉臣, 李鑫, 董顯林
【申請人】中國科學院上海硅酸鹽研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月17日...