[发明专利]非线性压电微能源采集器的微力加载测试方法

摘要

本发明非线性压电微能源采集器的微力加载测试方法属于测试技术领域，特别涉及非线性压电微能源采集器的微力加载和测试。非接触微力加载测试方法分三种方式，分别为当换向连接件、压电陶瓷叠堆致动器、压电微能源采集器竖直Z向布置时，压电微能源采集器的Z向微排斥力加载测试；当换向连接件、压电陶瓷叠堆致动器、压电微能源采集器水平X向布置时，压电微能源采集器的Z向微排斥力加载测试；压电微能梁采集器的等效刚度测试。该测试方法解决了非线性压电微能源采集器的毫牛顿级微力加载测试问题，加载的微力在微牛顿级，精度高、微力加载稳定性能好，操作简便，容易精确控制微力加载的幅度，不易损坏样片。

主权项

非线性压电微能源采集器的微力加载测试方法，其特征是，非接触微力加载测试方法分三种方式，分别为当换向连接件(6)、压电陶瓷叠堆致动器(8)、压电微能源采集器(I)竖直Z向布置时，压电微能源采集器(I)的Z向微排斥力加载测试；当换向连接件(6)、压电陶瓷叠堆致动器(8)、压电微能源采集器(I)水平X向布置时，压电微能源采集器(I)的Z向微排斥力加载测试；压电微能梁采集器(I)的等效刚度测试；测试方法具体步骤如下：①当换向连接件(6)、压电陶瓷叠堆致动器(8)、压电微能源采集器(I)竖直Z向布置时，压电微能源采集器(I)的Z向微排斥力加载测试：第一步搭建装置，换向连接件(6)、压电陶瓷叠堆致动器(8)、压电微能源采集器(I)依次由上至下竖直Z向布置，槽形的换向连接件(6)通过螺栓(5)连接在整体式多轴位移台(4)下端，压电陶瓷叠堆致动器(8)与换向连接件(6)通过粘结剂(7)固接，连接件(10)通过粘结剂(9)固定在压电陶瓷叠堆致动器(8)上，压电微能源采集器(I)的基底(1)通过粘结剂(11)固定在连接件(10)上，微永磁体(A)的N极指向负Z轴方向，将微永磁体(B)通过粘结剂(12)固定在垫块(13)上，微永磁体(B)的N极指向正Z轴方向，再将垫块(13)固定在电子天平(14)上；第二步微力加载测试，分别调节整体式多轴位移台(4)的X轴、Y轴、Z轴的千分尺，使微永磁体(A)和微永磁体(B)竖直共线，并且两者之间的距离为20‑25毫米，调节整体式多轴位移台(4)的Z轴的千分尺，使压电微能源采集器(I)向负Z轴方向移动，步进是10微米，当微永磁体(A)和微永磁体(B)之间的距离达2.5毫米时，暂停调节整体式多轴位移台(4)的Z轴的千分尺，改用压电陶瓷驱动电源激励压电陶瓷叠堆致动器(8)，使压电微能源采集器(I)向负Z轴方向移动，步进1微米，再通过电子天平(14)测试微永磁体(B)所受到的微排斥力大小，即压电微能源采集器(I)的Z轴向微排斥力大小；②当换向连接件(6)、压电陶瓷叠堆致动器(8)、压电微能源采集器(I)水平X向布置时，压电微能源采集器(I)的Z向微排斥力加载测试：第一步搭建装置，换向连接件(6)、压电陶瓷叠堆致动器(8)、压电微能源采集器(I)依次由右至左水平X向布置，槽形的换向连接件(6)通过螺栓(5)连接在整体式多轴位移台(4)下端，压电陶瓷叠堆致动器(8)与换向连接件(6)通过粘结剂(7)固接，微永磁体(B)通过粘结剂(17)固定在压电陶瓷叠堆致动器(8)上，永磁体(B)的N极性指向负X轴方向，压电微能源采集器(I)的基底(1)通过粘结剂(18)固定在垫块(13)上，永磁体(A)的N极性指向正X轴方向，将垫块(13)固定在电子天平(14)上；第二步微力加载测试，分别调节整体式多轴位移台(4)的X轴、Y轴、Z轴的千分尺，使微永磁体(A)和微永磁体(B)水平共线，并且两者之间的距离为20‑25毫米，调节整体式多轴位移台(4)的X轴的千分尺，使微永磁体(B)向负X轴方向移动，步进是10微米，当微永磁体(A)和微永磁体(B)之间的距离达2.5毫米时，暂停调节整体式多轴位移台(4)的X轴向的千分尺，改用压电陶瓷驱动电源激励压电陶瓷叠堆致动器(8)，使微永磁体(B)向负X方向移动，步进1微米，再通过电子天平(14)测试压电微能源采集器(I)所受的Z向微排斥力大小；③压电微能梁采集器(I)的等效刚度测试第一步搭建装置，换向连接件(6)与压电陶瓷叠堆致动器(8)依次由上至下竖直Z向布置、压电微能源采集器(I)水平X向布置，换向连接件(6)通过螺栓(5)连接在整体式多轴位移台(4)下端，压电陶瓷叠堆致动器(8)与换向连接件(6)通过粘结剂(7)固接，连接件(20)通过粘结剂(19)固定在压电陶瓷叠堆致动器(8)上，将微永磁体(B)通过粘结剂(21)固定在连接件(20)上，永磁体(B)的N极性指向负Z轴方向，压电微能源采集器(I)的基底(1)通过粘结剂(22)固定在垫块(13)上，压电微能源采集器(I)的末端微永磁体(A)的N极指向正Z轴方向，将垫块(13)固定在电子天平(14)上；第二步微力加载测试并绘制微永磁体间距与微排斥力大小变化关系曲线图，分别调节整体式多轴位移台(4)的X轴、Y轴、Z轴的千分尺，使微永磁体(A)和微永磁体(B)竖直共线，并且两者之间的距离为20‑25毫米，调节整体式多轴位移台(4)的Z轴的千分尺，使压电微能源采集器(I)向负Z轴方向移动，步进是10微米，当微永磁体(A)和微永磁体(B)之间的距离达2.5毫米时，暂停调节整体式多轴位移台(4)的Z轴千分尺，改用压电陶瓷驱动电源激励压电陶瓷叠堆致动器(8)，使压电微能源采集器(I)向负Z方向移动，步进1微米，通过电子天平(14)测试压电微能源采集器(I)所受的Z向微排斥力大小，绘制出微永磁体间距与微排斥力大小变化关系曲线图；第三步等效刚度k测试，分别调节整体式多轴位移台(4)的X轴、Y轴、Z轴的千分尺，使微永磁体(A)和微永磁体(B)竖直共线，调节整体式多轴位移台(4)的Z轴的千分尺，使微永磁体(B)向负Z轴移动，微永磁体(A)和微永磁体(B)两者之间的距离为20毫米，记为X0，采用Z轴的千分尺或(和)压电陶瓷驱动电源驱动压电陶瓷叠堆致动器(8)移动，得到微永磁体(B)在Z轴向的位移X1，由于微永磁体(A)和微永磁体(B)之间微排斥力的存在，压电微能梁采集器(I)发生弯曲，末端微永磁体(A)的位移记为X，此时微永磁体(A)和微永磁体(B)之间 的距离记为X2，电子天平(14)测试此时的微排斥力大小F，再由微永磁体间距与微排斥力大小变化关系曲线图找出X2值，微永磁体(A)的Z轴方向位移为X＝X1+X2‑X0，压电微能梁采集器(I)的等效刚度计算式为：k＝F/X。