[发明专利]一种压电元件分区极化装置

说明书

本发明公开了一种压电元件分区极化装置，属于具有压电特性材料的极化技术领域。该装置包括分区电压调节模块、探针调节模块和极化控制模块；所述分区电压调节模块可以调节每个分区的极化电压，实现极化分区电场的独立控制；所述探针调节模块采用弹性伸缩探针配合探针定位支架的方法可实现多个百微米级微小电极的精确定位和同步极化；所述极化控制模块可以控制极化所需的总电压和极化温度的时间变化曲线。本发明实现了多分区极化电场的独立控制，能一次性同步极化多分区压电元件，避免了反复多次极化导致压电元件热退极化和分区极化强度不一致的问题；解决了传统方法中的难操作、难定位、极化区域单一等问题，提高了分区压电元件的极化质量。

技术领域

本发明属于具有压电特性材料的极化技术领域，特别涉及一种压电元件分区极化装置。

背景技术

压电元件具有特殊的压电效应，可实现机械振动和电信号之间的互相转换，被广泛制作成各种高性能压电器件，该类器件具有传感、执行和控制等特性，在医疗诊断、结构控制、航空航天、武器装备等领域具有广阔的应用前景。

极化是使压电元件获得压电性能的重要环节，是实现压电器件各种功能特性的基础。通常情况下，极化一般是在压电元件的居里点以上施加极化电场，冷却至室温再撤去电场的过程。随着对压电器件性能要求的不断提高，通常要求单个压电元件具有多个的极化分区和极化方向。如旋转行波压电马达定子要求在相同一个环形压电元件上对称分布多个极化分区且相邻分区之间极化方向相反。目前，压电材料的极化通常使用位移台配合导电探头对压电元件进行夹持极化，或者通过平面电极覆盖极化，这些方式只能极化单个分区的压电元件，然而，对于多分区的压电元件，无法单独控制每个分区的极化电压强度、极化方向，通常需要反复多次进行极化，且反复极化会导致压电元件热退极化，造成分区极化强度不一致，而且难以实现百微米级微小分区压电元件的极化，极化设备成本较高、效率低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种压电元件分区极化装置。通过调节压电元件上下电极之间的相对电压变化，从而实现压电元件多个分区同步极化、单独控制不同分区的极化电压强度和极化方向，实现了多分区压电元件一次性同步极化，代替了昂贵的多通电源，降低了成本，也避免了反复多次极化导致压电元件热退极化和分区极化强度不一致的问题。本发明采用弹性伸缩探针配合探针定位支架的方法可实现多个百微米级微小电极的精确定位和同步极化，提高了分区压电元件的极化质量，解决了传统方法极化中的难操作、难定位、极化区域单一等问题。本发明利用PC上位机控制极化过程所需的总电压和极化温度的时间变化曲线，极化过程简单，操作简单，效率高。

本发明的技术方案为：

一种压电元件分区极化装置，包括分区电压调节模块、探针调节模块和极化控制模块；

所述的分区电压调节模块包括高压发生器2、电压控制器3、分区电压显示器4、基座5、下电极连接板11、分区压电元件14和储液皿15。

所述基座5为箱式结构，基座5上表面中心处设有开口，开口处下方通过镂空连接架18固定储液皿15，储液皿15与基座5之间形成一定距离以便于风冷降温；所述下电极连接板11为金属板，其固定在储液皿15内，并通过绝缘连接板17与基座5连接。所述的分区压电元件14包括由下至上依次连接的下电极、压电层和分区上电级16；其中下电极固定在下电极连接板11上表面，多个分区上电极16设置在压电层上表面，按照分区压电元件14的功能需求设置分区上电极16的形状和相对位置。

所述电压控制器3和分区电压显示器4设置在基座5侧面，多个电压控制器3和多个分区电压显示器4一一对应。电压控制器3设有固定端19和滑动端20；每个电压控制器的固定端19与高压发生器2并联；其中一个电压控制器3的滑动端作为公共端与下电极连接板11连接，其余电压控制器3的滑动端采用导线与对应的弹性伸缩探针13连接，调节滑动端20的电阻可实现弹性伸缩探针13不同电压的输出；每个弹性伸缩探针13与下电极连接板11之间形成稳定可控电场，二者间的电位差值就是各分区电极的极化电压值，极化电压值通过各分区电压显示器4显示。