[发明专利]一种动态测量压电材料高温压电系数的方法

说明书

技术领域

本发明属于压电材料的测试技术领域，涉及一种动态测量压电材料高温压电系数的方法。

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。根据现行国家标准GB/T3389-2008和GB/T11309-1989，采用静态和准静态方法都只能测量压电材料在室温时的压电系数。而对压电材料在高温时压电系数的测量，国内外尚无相应的测试方法和标准，也没有成熟的测试装置。目前，文献报道的通行替代方法是先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，采用静态或者准静态方法测量其压电系数，然后通过压电系数的变化来评价压电材料压电性能的温度稳定性(Adv.Mater.2005,17:1261-1265)。该方法可在一定程度上通过压电系数的变化来反映压电材料的温度稳定性，但是还远不能满足实际应用中实时测量高温压电系数的要求。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，进而评价其温度稳定性，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

本发明旨在填补现有技术无法直接在高温条件下测量压电材料的压电系数的技术空白，本发明提供了一种动态测量压电材料高温压电系数的方法。

本发明提供了一种动态测量压电材料高温压电系数的方法，包括：

1)制备采用待测压电材料作为压电片的压电加速度传感器；

2)将压电加速度传感器固定在振动台上；

3)将压电加速度传感器加热至规定温度，并在该规定温度下使得振动台输出规定加速度；

4)测量出在规定温度、以及规定加速度下传感器输出端的输出电荷量，并根据电荷量与压电系数之间的关系式，计算得到压电材料在规定温度下的压电系数。

较佳地，当单片待测压电材料的压电系数小于30pC/N时，制备采用并联的多片待测压电材料作为压电片的压电加速度传感器，并采用上述方法测量待测压电材料在规定温度下的压电系数。

较佳地，并联的多片待测压电材料的压电系数大于50pC/N。

较佳地，压电加速度传感器包括压缩式压电加速度传感器。

较佳地，振动台选自符合国家标准GB/T18328-2001的振动台。

较佳地，采用可升降式高温加热炉将压电加速度传感器加热至规定温度。

较佳地，加热压电加速度传感器的过程中，升温速率为2～5℃/分钟，在规定温度下保温10～30分钟后，再使得振动台输出规定加速度。

较佳地，输出电荷量通过前置放大器后，再用于计算压电系数。

较佳地，所述电荷量与压电系数之间的关系式包括：采用输出电荷量与加速度计算传感器电荷灵敏度的公式、采用作用于压电片的外力、压电系数计算压电片输出电荷量的公式、以及采用质量块的质量和加速度计算施加于压电片外力的公式。

本发明的有益效果：

采用本发明所述方法可动态测量压电材料在不同温度时的压电系数，克服了目前采用传统方法只能测量压电材料在温室时的压电系数，而无法获得不同温度时的压电系数的这一关键难题，为压电材料的实际高温应用起到了重要的推进作用。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施方式中采用的压缩式压电加速度传感器结构原理示意图；

图2示出了本发明的一个实施方式中测得的不同温度下PNB压电陶瓷的压电系数；

图3示出了本发明的一个实施方式中测得的不同温度下CBT压电陶瓷的压电系数。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

为了解决目前在实时原位测量压电材料高温压电系数方面没有相应的测试方法这一难题，本发明提供了一种动态测量压电材料高温压电系数的方法，以满足高温压电材料及相关器件研制过程中对高温电压系数和温度稳定性的评价要求，为压电材料在高温领域的实际应用起到了推进作用。

本发明提供了一种动态测量压电材料高温压电系数的方法，该测试方法基于下述电学和力学的基本原理。