[发明专利]一种利用PVDF叠堆薄块的逆压电效应实现对直流电场强度检测的装置

说明书

一种PVDF叠堆薄块直流电场强度检测装置，主要包括支架、激光反射薄膜、表面电极、PVDF叠堆薄块、外罩、滑轨、弹簧、外接导线、滑柱、激光发射与接收装置。支架不同位置分别固定PVDF叠堆薄块与激光发射及接收装置，PVDF叠堆薄块上下表面均喷镀等厚度的表面电极，表面电极上面覆盖一层激光反光薄膜。当有直流电场接入装置的外接导线时，PVDF叠堆薄块在不同电场强度影响下发生不同程度的形变，形变量的大小与电场强度的大小相关。根据激光发射及接收装置测定的加载电场前后的位置变化即可判断直流电场强度的数值。该装置具有结构简单、成本低及不受尺寸限制等优点。

技术领域

本发明涉及直流电场强度检测技术领域，尤其是涉及一种利用PVDF叠堆薄块的逆压电效应来实现对直流电场强度检测的装置。

背景技术

聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride简称PVDF)为有机压电材料，当在其上施加机械应力时，其表面会有极化电荷出现，即表现出正压电效应；反之，当沿着电介质的极化方向施加电场，电介质也会发生形变，这种现象称为逆压电效应。PVDF不仅柔性好、机械强度高、声阻抗易匹配、频响范围宽，而且PVDF能抗化学和油性腐蚀、易于加工成大面积和复杂的形状来使用，以上优良特性为PVDF在检测器件与装置上的应用提供了可能。

外加直流电场是众多实验测试中的必备条件。由于电场是单位距离上的电压，即二者数值可以相互转化。因而以下的叙述中将不对电压、电场进行区分。在有些比较精确的实验中并不能直接把设定的直流电压源的电压(电场)认为是其真正的输出电压(电场)。原因如下：首先直流源自身电压会产生一定程度的衰减；其次由于传输线路中各种器件内阻的存在使得加载在实验部位的电场强度也不等于直流电源电压与电极之间距离的比值。以上原因使得有必要引入相关检测装置对实验中的外加直流电场的数值进行测量。

对于直流电场的检测通常是先测量直流电压而后计算得到电场数值。目前市面上应用较多的直流电压检测装置是指针式万用表与数字式万用表。二者特点如下：指针万用表是一种平均值式仪表，具有直观、形象的读数指示。数字万用表是瞬时取样式仪表，它采用一定时间间隔(一般为0.3秒)取一次样来显示测量结果，每次取样结果十分相近但并不完全相同，从而使得结果读取较指针式万用表复杂。这两种检测装置均会出现测量结果漂移的情形，且装置内部某个器件一旦损坏便只能报废整个装置。此外，以上两种装置内阻的存在使其不能胜任需要精确测量电场的情形。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种直接检测直流电场强度的装置。本发明具有结构简单、成本低、响应速度快、不受尺寸大小限制等优点。

本发明的技术方案如下：

一种检测直流电场强度的装置，包括互相平行的支架和滑柱；支架和滑柱之间通过弹簧连接，滑柱底部置于垂直于支架的滑轨中；

支架上设置垂直于支架的PVDF叠堆薄块，所述PVDF叠堆薄块由若干块PVDF块体依次平行于支架叠堆而成；PVDF叠堆薄块另一端嵌在滑柱上；PVDF叠堆薄块上下表面分别涂覆表面电极薄膜及激光反射薄膜；上下表面电极薄膜分别连接外接导线；

支架顶端延伸出垂直于支架的长杆，其位置可以随测量需求发生变化，长杆上安装激光发射与接收装置，与所述PVDF叠堆薄块上的激光反射薄膜配对使用；

滑柱下端一侧安装激光发射与接收装置，位置固定且在与其相对的支架下端一侧涂覆激光反射薄膜，与该激光发射与接收装置配对使用。

所述PVDF叠堆薄块由若干块PVDF块体P₁、P₂、P₃……P_n依次平行于支架叠堆而成，PVDF叠堆薄块经平行于支架方向极化处理后使用，每个PVDF小块的极化电压方向即电压正负一致但数值可以不同，在70～90℃甲基硅油中极化50～60分钟并随油缓慢冷却至室温，极化场强为100～150V/μm之间，可随小块序号的递增依次增大、减小或相同。