[发明专利]一种动态测量压电材料高温压电系数的装置

说明书

技术领域

本发明属于压电材料的测试设备领域，涉及一种动态测量压电材料高温压电系数的装置。

背景技术

压电材料（包含陶瓷和单晶）是实现机-电能量转换和耦合的一类极其重要的功能材料，在航空航天、电子信息、能源、先进制造、医疗系统和武器装备等领域有广泛的应用。近年来，我国在航空航天、能源、医疗和空间技术等领域发展十分迅速，对其中关键功能部件提出了越来越苛刻的要求。在一些领域应用的压电器件如声波测井仪、超声电机、高温压电振动传感器等的一个共同特点就是工作环境温度高，这就要求压电材料在高温下能稳定、可靠的工作。

压电系数是表征压电材料性能的一个重要参数。目前通用的压电系数测试设备（或测量装置）为美国的 YE2730以及中国科学院声学研究所研发的ZJ系列准静态压电系数测量仪，但这些测量设备都只能测量压电材料在室温时的压电系数。而在高温时对压电材料压电系数进行表征，国内外尚无成熟的测试设备或装置。

虽然德国的一个研究小组报道了一种采用激光测振法表征不同温度下压电材料的压电系数d₃₃(J. Am. Ceram. Soc. 2012, 95:711-715)，但是该方法目前主要用于该实验室，尚未得到推广普及应用。目前，文献报道的通行表征手段是在高温炉中将压电材料样品在不同温度下进行退极化处理，待样品冷却至室温后，测量其压电系数 (Adv. Mater. 2005, 17:1261-1265)，该手段只能间接地通过压电系数的变化来反应压电性能的温度稳定性，不能有效、实时的评价高温时的压电性能。

因此，如何实现在不同温度下实时测量压电材料的压电系数，是高温压电材料及其相关器件研制过程中的关键难题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中尚无在不同温度下实时对压电材料压电系数进行表征的测试设备或装置的问题，提供了一种动态测量压电材料高温压电系数的装置。

本发明所提供的动态测量压电材料高温压电系数的装置，包括：装载有作为待测压电材料的压电片的压电加速度传感器；将所述压电加速度传感器加热到规定温度的温控加热单元；输出规定加速度以用于激励所述压电加速度传感器输出电荷信号的振动输出单元；采集由所述压电加速度传感器输出的电荷信号并基于所述电荷信号得到所述待测压电材料在所述规定温度下的压电系数的数据采集处理单元。

根据本发明，通过温控加热单元将装载有作为待测压电材料的压电片的压电加速度传感器加热到规定温度，并通过振动输出单元输出规定加速度以用于激励压电加速度传感器输出电荷信号，且通过数据采集处理单元采集由压电加速度传感器输出的电荷信号并基于该电荷信号得到待测压电材料在该规定温度下的压电系数。从而可以实现在不同温度下实时测量压电材料的压电系数，克服了目前传统压电系数测试装置只能测量压电材料在室温时的压电系数，而无法获得不同温度时的压电系数的这一关键难题。

又，在本发明中，也可以是，还包括连接在所述压电加速度传感器的输出端与所述数据采集处理单元之间以放大所述压电加速度传感器输出的所述电荷信号的电荷放大器。

根据本发明，通过连接在压电加速度传感器的输出端与数据采集处理单元之间的电荷放大器将压电加速度传感器输出的电荷信号放大后再输入至数据采集处理单元，从而数据采集处理单元可基于该放大的电荷信号更有效且准确地得到待测压电材料在规定温度下的压电系数。

又，在本发明中，也可以是，所述振动输出单元包括用于载置所述压电加速度传感器并输出所述规定加速度的振动台和用于控制所述振动台输出的加速度的振动控制部。

根据本发明，通过振动控制部控制振动台以输出规定加速度，从而用于激励压电加速度传感器输出电荷信号。

又，在本发明中，也可以是，所述振动台选自符合国家标准GB/T18328-2001的振动台。

根据本发明，选用符合国家标准GB/T18328-2001的振动台可确保输出规定加速度的准确性和可靠性。

又，在本发明中，也可以是，所述温控加热单元包括用于对所述压电加速度传感器进行加热的加热炉、用于支持所述加热炉的炉体支架、和用于控制所述加热炉所产生的温度的温度控制器。

根据本发明，通过温度控制器控制加热炉所产生的温度，以将压电加速度传感器加热到所需的规定温度，从而可以有利于实现在不同温度下实时测量压电材料的压电系数。

又，在本发明中，也可以是，所述压电加速度传感器包括压缩式压电加速度传感器。