一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置及方法
【專利摘要】一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置及方法，該裝置包括上、下雙面金屬電極片，上雙面金屬電極片的上下表面分別設置有第一上金屬電極和第一下金屬電極，第一上金屬電極與上壓頭相接觸，第一下金屬電極與試件的上表面相接觸；下雙面金屬電極片的上下表面分別設置有第二上金屬電極和第二下金屬電極，第二上金屬電極與試件的下表面相接觸，第二下金屬電極與下壓頭相接觸，上雙面金屬電極片的下表面電極連接地線，下雙面金屬電極片的上表面電極連接測量電荷信號的引線，引線依次連接電荷放大器和顯示存儲裝置；本發明還提供了測試方法；通過施加壓力測量所測材料試件的機械形變和輸出電荷，能夠方便、簡單的實現撓曲電系數的直接測量。
【專利說明】—種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及撓曲電系數測量【技術領域】，具體涉及一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]傳統的壓電式材料無論在驅動還是傳感方面應用廣泛，要實現這些功能離不開壓電效應和材料壓電系數。壓電效應是指在電介質的一定方向上施加外力(壓力或拉力)作用而變形時，在其表面上產生電荷。
[0003]然而在晶體學中，壓電效應被嚴格限制在具有非中心對稱結構的晶體中才存在，這大大限制了材料的選取和利用。另一方面天然的壓電材料壓電效應非常微弱，很難用于實際檢測。目前廣泛使用的壓電材料主要由石英晶體和壓電陶瓷，鈦酸鋇，鎬鈦酸鉛(PZT)等材料。在工業上，鎬鈦酸鉛這類壓電陶瓷被大量的使用，由于鎬鈦酸鉛含有重金屬鉛，對環境和人類健康都是有害的。并且壓電傳感器的一個明顯缺點是對溫度敏感，在居里溫度以上壓電效應失效。
[0004]與壓電效應不同，撓曲電效應是指由應變梯度引起的極化現象，撓曲電效應普遍存在于所有的電介質中，包括非壓電材料和各向同性材料。撓曲電效應通常定義為:
[0005]
【權利要求】
1.一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置，其特征在于:包括上雙面金屬電極片(I)和下雙面金屬電極片(2)，所述上雙面金屬電極片(I)的上下表面分別設置有第一上金屬電極和第一下金屬電極，第一上金屬電極與上壓頭(5)相接觸,第一下金屬電極與試件(7)的上表面相接觸；所述下雙面金屬電極片(2)的上下表面分別設置有第二上金屬電極和第二下金屬電極,第二上金屬電極與試件(7)的下表面相接觸,第二下金屬電極與下壓頭(6)相接觸，所述上雙面金屬電極片(I)的下表面電極連接地線(3)，所述下雙面金屬電極片(2)的上表面電極連接測量電荷信號的引線(4)，所述測量電荷信號的引線(4)依次連接電荷放大器(8 )和顯示存儲裝置(9 )。
2.根據權利要求1所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置，其特征在于:所述上雙面金屬電極片(I)和下雙面金屬電極片(2)為PCB板。
3.根據權利要求2所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置，其特征在于:所述上壓頭(5)、下壓頭(6)和PCB板的剛度遠大于試件的剛度。
4.根據權利要求1所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置，其特征在于:所述地線(3)和測量電荷信號的引線(4)分別與上雙面金屬電極片(I)的下表面電極和下雙面金屬電極片(2)的上表面電極通過引線鍵合的方式連接。
5.根據權利要求1所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置，其特征在于:所述試件(7)通過周圍一圈彈性膠固定在上雙面金屬電極片(I)和下雙面金屬電極片(2)上。
6.根據權利要求1所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數直接測量裝置，其特征在于:所述顯示存儲裝置(9)為示波器。
7.權利要求1至6任一項所述的測量裝置的測量方法，其特征在于:下壓頭(6)固定，從而固定試件(7)的下表面；試驗機對上壓頭(5)施加可控載荷，則試件(7)收到變化的壓力，在豎直方向產生不均勻應變，從而有應變梯度，再由撓曲電效應在試件(7)上下表面產生極化電荷，試件(7)下表面電荷通過下雙面金屬電極片(2)的上表面電極經由測量電荷信號的引線(4)傳到電荷放大器(8)中，轉化為電壓值后在顯示存儲裝置(9)中顯示存儲； 試件受外壓力而發生變形，由于應變不均勻，會在豎直方式上產生應變梯度，根據正撓曲電效應:
【文檔編號】G01R29/00GK103913643SQ201410114668
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】李斯, 梁旭, 張舒文, 申勝平, 徐明龍 申請人:西安交通大學
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