[发明专利]一种压电器件非线性机电阻抗谱的测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种压电器件非线性机电阻抗谱的测量装置及其测量方法。本发明采用被测压电器件与采样电阻串联，第一电磁继电器和第二电磁继电器分别控制并联电阻和并联电容并联至被测压电器件，函数发生器产生正弦电压信号，经过电压放大器放大后施加在电路上，通过第一数字万用表和第二数字万用表分别测量仅串联采样电阻电路、并联有并联电阻电路和并联有并联电容电路的电压放大器产生的电压和采样电阻两端的电压，计算得到被测压电器件的导纳的实部和虚部；当施加电压较小时，相当于一台阻抗分析仪，能够方便的测量压电器件的线性机电阻抗谱；当施加电压较大时，能准确地测量压电器件的非线性机电阻抗谱，这是目前任何其他设备都无法达到的。

技术领域

本发明涉及压电器件性能测量技术，具体涉及一种压电器件非线性机电阻抗谱的测量装置及其测量方法。

背景技术

压电器件被广泛应用于高功率超声领域包括：超声清洗、超声焊接以及超声切割等。根据国际标准，压电器件的特性参数，包括阻抗、电容、谐振频率和品质因子等，都是通过测量其线性机电阻抗谱来确定的，并且通常认为这些参数是恒定的，即不随所施加的电压幅值大小的变化而变化。线性机电阻抗谱可以用商用阻抗分析仪方便地测量，且测量时所施加的电压一般在1伏左右。实际应用中，通常需要在压电器件上施加不同幅值的交流电压(几伏到几百伏不等)。随着所施加的交流电压幅值的上升，压电器件的各种特性参数都将发生变化，即呈现出非线性，特别是谐振频率与品质因子，将会随着所施加电压幅值的增大而减小。准确地表征压电器件的非线性特性对实际应用有重要指导作用。

但迄今为止，没有任何方法能够很好地表征压电器件的非线性特性。事实上，压电器件的非线性机电阻抗谱可以很好地反应压电器件的各种非线性特性，但是现有的仪器无法完成对压电器件非线性机电阻抗谱的测量。

发明内容

针对以上现有技术中存在的技术难点，本发明提出了一种压电器件非线性机电阻抗谱的测量装置及其测量方法，实现对压电器件非线性机电阻抗谱的测量，用以表征压电器件的非线性特性。

本发明的一个目的在于提出一种压电器件非线性机电阻抗谱的测量装置。

本发明的压电器件非线性机电阻抗谱的测量装置包括：采样电阻、并联电阻、第一电磁继电器、并联电容、第二电磁继电器、函数发生器、电压放大器、第一数字万用表、第二数字万用表和计算机；其中，被测压电器件与采样电阻串联，采样电阻的阻值远小于被测压电器件在测量频率范围内的最小阻抗值；并联电阻与第一电磁继电器串联后再与被测压电器件并联；并联电容与第二电磁继电器串联后再与被测压电器件并联；串联的被测压电器件和采样电阻连接电压放大器；电压放大器连接函数发生器；串联的被测压电器件和采样电阻的两端连接第一数字万用表；采样电阻的两端连接第二数字万用表；第一电磁继电器、第二电磁继电器、函数发生器、第一数字万用表和第二数字万用表连接至计算机；