[发明专利]通过蛇形位移放大结构测量逆挠曲电系数的装置及方法

说明书

通过蛇形位移放大结构测量逆挠曲电系数的装置及方法，该装置包括导轨，设置在导轨上的多个绝缘滑块，绝缘滑块相邻的两两之间的上部或下部粘结有半圆弧挠曲电材料，最后一根绝缘滑块上粘结有四分之一圆弧挠曲电材料，半圆弧挠曲电材料和四分之一圆弧挠曲电材料形成蛇形位移放大结构；激光位移计将激光打在四分之一圆弧挠曲电材料的端面上，蛇形位移放大结构的上下表面涂有驱动电极，驱动电极与高压电源连接，高压电源与信号源连接；通过信号源向高压电源输送信号使蛇形位移放大结构受到均匀电场梯度而产生形变，导轨使产生的横向位移累加，通过激光位移计来测量四分之一圆弧挠曲电材料端面位移的变化情况，结合材料的力电参数，便可计算得到该挠曲电材料的逆挠曲电系数。

技术领域

本发明涉及材料科学中的力电耦合技术领域，具体涉及通过蛇形位移放大结构测量逆挠曲电系数的装置及方法。

背景技术

挠曲电效应是一种广泛存在于所有介电材料的力电耦合特性，具体是指由于应变梯度产生电极化、或由于电场梯度产生材料形变的行为。作为智能结构和智能材料的新兴研究点，挠曲电效应在航空航天、军事科学、生物制药等各个领域有广泛的潜在应用价值。逆挠曲电效应的研究目前还基本停留在理论阶段，研究逆挠曲电效应的主要内容之一就是逆挠曲电系数的研究，而逆挠曲电系数的测量由于其输出位移小，均匀电场梯度难以施加等问题的存在，一直是研究的重点和难点。

为了填充相关实验领域的空白，本发明的目的在于提供通过蛇形位移放大结构测量逆挠曲电系数的装置及方法。

挠曲电存在于所有电介质中，其原理早在上世纪60年代就已被提出并在一定范围内得到了极大的发展，含压电效应的材料电极化的简化描述方程为：

其中P_i,e_ijk,σ_jk,ε_jk,μ_ijkl,x_l分别为极化程度，压电常数、应力、应变、挠曲电系数和梯度方向，等式右边第一项是因应力导致的压电效应，第二项是因应变梯度导致的梯度方向的挠曲电效应，由于在中心对称晶体中不存在压电效应，因此只有第二项存在，即

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。

由上述公式可以看出，在材料、试件等条件一定的情况下，分子对称晶体的等效应力与电场梯度成正比，因此，本发明采用了通过施加电场，产生电场梯度从而产生等效应力导致材料发生微小变形的方法，并对微小变形通过蛇形位移放大机构的方法进行放大，通过激光位移计测量端面产生的位移，继而测量材料的逆挠曲电系数，提高了实验的可行性和测量精度。

发明内容

为了填充相关实验领域的空白，本发明的目的在于提供通过蛇形位移放大结构测量逆挠曲电系数的装置及方法，即通过固定滑轨与绝缘滑块的作用使半圆弧梁和四分之一圆弧梁产生的位移得到累加，通过激光位移计测量四分之一圆弧梁一个端面的位移来测量挠曲电材料梁产生的位移，继而测量挠曲电材料的逆挠曲电系数。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：