[发明专利]一种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置，其特征在于：包括基板(1)，位于基板上的左固定台(2)和右固定台(3)，分别与左固定台(2)和右固定台(3)刚性连接的材料与结构完全相同、相对放置的左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)，附着在左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)上下弧面上的驱动电极(6)，附着在左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)端面的电容电极(7)，控制电压驱动量的信号源(8)与高压电源(9)相电连接，高压电源(9)与驱动电极(6)相电连接；电容测量电路(10)与电容电极(7)相电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置，其特征在于：所述基板(1)的刚度远大于左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)。

3.根据权利要求1所述的一种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置，其特征在于：所述驱动电极(6)具有远低于左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)的刚度并具备良好的导电性。

4.根据权利要求1所述的一种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置，其特征在于：所述左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)的结构为部分圆环状以保证施加电压时沿径向产生均匀电场梯度。

5.根据权利要求1所述的一种基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置，其特征在于：所述电容测量电路(10)测量精度能够满足电容变化要求；左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)的形变量通过电容变化信号表现。

6.权利要求1所述的基于电容变化获得逆挠曲电系数的测量装置的测量方法，其特征在于：测量逆挠曲电系数时，通过信号源(8)向高压电源(9)输送信号使左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)受到均匀电场梯度而产生形变，致使端面间距发生变化，导致等效电容发生变化，电容测量电路(10)获得新的电容值；通过电容变化量和信号源(8)的输出情况，结合材料的力电参数，计算得到该挠曲电材料的逆挠曲电系数；

由于左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)位移的变化导致电容发生变化，具体变化情况如下：

左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)为中心对称晶体不存在压电效应，材料电极化简单描述为：

其中P_i,ε_jk,μ_ijkl,x_l分别为极化程度、应变、挠曲电系数和梯度方向；

而对于逆挠曲电而言，则有

其中T_ij,f_ijkl和E_jk分别是等效应力、逆挠曲电系数和施加的电场；

其中S_ij和E分别是等效应变和材料的弹性模量；

左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)产生的位移为：

其中R为左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)的中弧线半径；θ为左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)相对其圆心的角度；

电容变化量为：

其中d、S、ε、k分别是左挠曲电材料(4)和右挠曲电材料(5)施加电压前的端面间距、极板面积、介电常数、静电力系数。