[发明专利]一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于：包括上双面金属电极片（1）和下双面金属电极片（2），所述上双面金属电极片（1）的上下表面分别设置有第一上金属电极和第一下金属电极，第一上金属电极与上压头（5）相接触，第一下金属电极与试件（7）的上表面相接触；所述下双面金属电极片（2）的上下表面分别设置有第二上金属电极和第二下金属电极，第二上金属电极与试件（7）的下表面相接触，第二下金属电极与下压头（6）相接触，所述上双面金属电极片（1）的下表面电极连接地线（3），所述下双面金属电极片（2）的上表面电极连接测量电荷信号的引线（4），所述测量电荷信号的引线（4）依次连接电荷放大器（8）和显示存储装置（9）。 

2.根据权利要求1所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于：所述上双面金属电极片（1）和下双面金属电极片（2）为PCB板。 

3.根据权利要求2所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于：所述上压头（5）、下压头（6）和PCB板的刚度远大于试件的刚度。 

4.根据权利要求1所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于：所述地线（3）和测量电荷信号的引线（4）分别与上双面金属电极片（1）的下表面电极和下双面金属电极片（2）的上表面电极通过引线键合的方式连接。 

5.根据权利要求1所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于：所述试件（7）通过周围一圈弹性胶固定在上双面金属电极片（1）和下双面金属电极片（2）上。 

6.根据权利要求1所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于：所述显示存储装置（9）为示波器。 

7.权利要求1至6任一项所述的测量装置的测量方法，其特征在于：下压头（6）固定，从而固定试件（7）的下表面；试验机对上压头（5）施加可控载荷，则试件（7）收到变化的压力，在竖直方向产生不均匀应变，从而有应变梯度，再由挠曲电效应在试件（7）上下表面产生极化电荷，试件（7）下表面电荷通过下双面金属电极片（2）的上表面电极经由测量电荷信号的引线（4）传到电荷放大器（8）中，转化为电压值后在显示存储装置（9）中显示存储； 

试件受外压力而发生变形，由于应变不均匀，会在竖直方式上产生应变梯度，根据正挠曲电效应： 

U=kQ  (3) 

式中：P₁是由挠曲电效应导致的应变梯度，μ₁₁₁₁是材料试件11方向挠曲电系数，是11方向应变沿1方向的梯度，Q是下双面电极2所测到的试件输出电荷，电压值的输出量为U，k为电荷放大系数，ΔW是试件在竖直方向上的变形量，h为材料试件上表面边长，H为材料试件下表面边长，W为试件高度，ε_A是上表面应变，ε_B是下表面应变，材料杨氏模量为E； 

由(2)、(3)和(4)得到试件的挠曲电系数μ： 

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