一種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)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(shù)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(shè)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(shè)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(fā)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(jī)械形變和輸出電荷，能夠方便、簡單的實現(xiàn)撓曲電系數(shù)的直接測量。
【專利說明】—種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)直接測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及撓曲電系數(shù)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)直接測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的壓電式材料無論在驅(qū)動還是傳感方面應(yīng)用廣泛，要實現(xiàn)這些功能離不開壓電效應(yīng)和材料壓電系數(shù)。壓電效應(yīng)是指在電介質(zhì)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(chǎn)生電荷。
[0003]然而在晶體學(xué)中，壓電效應(yīng)被嚴(yán)格限制在具有非中心對稱結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yè)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(huán)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(yīng)失效。
[0004]與壓電效應(yīng)不同，撓曲電效應(yīng)是指由應(yīng)變梯度引起的極化現(xiàn)象，撓曲電效應(yīng)普遍存在于所有的電介質(zhì)中，包括非壓電材料和各向同性材料。撓曲電效應(yīng)通常定義為:
[0005]
【權(quán)利要求】
1.一種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)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(shè)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(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)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(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)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(yuǎn)大于試件的剛度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于測量電荷的撓曲電系數(shù)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(quán)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(jī)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(chǎn)生不均勻應(yīng)變，從而有應(yīng)變梯度，再由撓曲電效應(yīng)在試件(7)上下表面產(chǎn)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(jīng)由測量電荷信號的引線(4)傳到電荷放大器(8)中，轉(zhuǎn)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(fā)生變形，由于應(yīng)變不均勻，會在豎直方式上產(chǎn)生應(yīng)變梯度，根據(jù)正撓曲電效應(yīng):
【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(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】李斯, 梁旭, 張舒文, 申勝平, 徐明龍 申請人:西安交通大學(xué)
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