一種檢測(cè)壓電陶瓷壓電常數(shù)d31的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光干涉檢測(cè)技術(shù)，主要用于壓電陶瓷壓電常數(shù)d31的檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]在壓電陶瓷器件的各項(xiàng)工作性能指標(biāo)中，壓電常數(shù)是一項(xiàng)很重要的衡量因素，它不僅關(guān)系到壓電陶瓷器件的品質(zhì)，更是影響了這些精密儀器工作的精確度和靈敏度。傳統(tǒng)的壓電陶瓷靈敏度測(cè)量方法有機(jī)械測(cè)量法、電渦流位移計(jì)法、原子力顯微鏡法和光學(xué)測(cè)量法等，其中機(jī)械測(cè)量法在測(cè)量微量位移時(shí)來說相對(duì)誤差比較大、操作復(fù)雜；電渦流位移計(jì)測(cè)量法受電磁干擾影響比較大；原子力顯微鏡法造價(jià)比較昂貴難以大規(guī)模應(yīng)用。相對(duì)于前幾種方法，采用激光干涉法測(cè)量壓電陶瓷的壓電常數(shù)，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，且能實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。
[0003]文獻(xiàn):“光干涉法測(cè)量壓電陶瓷壓電特性”《壓電與聲光》作者:王東等，2011年12月第33卷第6期。該文獻(xiàn)根據(jù)邁克爾遜干涉儀測(cè)量原理，利用固定的鋸齒波信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷，通過PMT光電探測(cè)器探測(cè)壓電陶瓷伸長量，采用雙蹤數(shù)字示波器記錄的數(shù)據(jù)得到壓電陶瓷所加電壓與其伸長量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該方法的不足之處在于，由于采集系統(tǒng)采用PMT光電探測(cè)器，因此只能檢測(cè)壓電陶瓷中一個(gè)點(diǎn)干涉圖像的變化，無法同時(shí)監(jiān)測(cè)壓電陶瓷樣品面上多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的條紋變化;又由于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷的信號(hào)由現(xiàn)有的信號(hào)源產(chǎn)生固定的鋸齒波信號(hào)，所以很難保證與采集系統(tǒng)的同步，測(cè)量精度受到限制。
[0004]文獻(xiàn):“利用線陣CCD的邁克爾遜干涉儀測(cè)量壓電材料的壓電系數(shù)”《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》作者:肖化等，2011年2月第28卷第2期。該文獻(xiàn)根據(jù)邁克爾遜干涉儀測(cè)量原理，在壓電陶瓷兩端加直流電壓，通過線陣CCD采集干涉條紋信號(hào)，采用自動(dòng)計(jì)數(shù)軟件自動(dòng)讀取條紋數(shù)，進(jìn)而得到壓電常數(shù)d31。該方法的不足之處在于，由于采集系統(tǒng)采用線陣CCD，因此只能檢測(cè)壓電陶瓷中一條線上干涉圖像的變化，無法同時(shí)監(jiān)測(cè)壓電陶瓷樣品面上多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的條紋變化;又由于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷的信號(hào)為直流電壓信號(hào)，所以很難保證與采集系統(tǒng)的同步，測(cè)量精度受到限制。
[0005]文獻(xiàn):“應(yīng)用邁克耳孫干涉儀研究壓電陶瓷的特性”《物理實(shí)驗(yàn)》作者:李書民等，2008年6月第28卷第6期。該文獻(xiàn)應(yīng)用邁克耳孫干涉儀測(cè)量原理，在壓電陶瓷兩端加固定的周期信號(hào)，通過白屏觀察干涉條紋變化，進(jìn)而得到壓電常數(shù)d31。該方法的不足之處在于，由于通過觀察白屏干涉條紋變化，因此只能檢測(cè)壓電陶瓷中一個(gè)點(diǎn)上干涉圖像的變化，無法同時(shí)監(jiān)測(cè)壓電陶瓷樣品面上多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的條紋變化;又由于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷的信號(hào)為固定的電壓信號(hào)，無法實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)壓電陶瓷離面位移的變化過程，測(cè)量精度受到限制。
[0006]文獻(xiàn):“激光干涉法測(cè)壓電陶瓷的壓電常數(shù)d31”《應(yīng)用光學(xué)》作者:范素華等，1997年第18卷第4期。該文獻(xiàn)應(yīng)用邁克耳孫干涉儀測(cè)量原理，在壓電陶瓷兩端加直流電壓信號(hào)，通過攝像裝置人工判讀干涉條紋的變化，得到壓電常數(shù)d31。該方法的不足之處在于，由于通過人工判別干涉條紋變化，且只能檢測(cè)壓電陶瓷中一個(gè)點(diǎn)上干涉圖像的變化，無法同時(shí)監(jiān)測(cè)壓電陶瓷樣品面上多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的條紋變化;又由于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷的信號(hào)為固定的電壓信號(hào)，無法實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)壓電陶瓷離面位移的變化過程，測(cè)量精度受到限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的，提供了一種檢測(cè)壓電陶瓷壓電常數(shù)d31的裝置，該裝置根據(jù)壓電陶瓷的工作原理，通過鋸齒波信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷，利用激光干涉法精確測(cè)量壓電陶瓷的離面位移，得到壓電陶瓷壓電常數(shù)d31。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法可靠，操作方便，精度高且穩(wěn)定，適合對(duì)壓電陶瓷的壓電常數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種檢測(cè)壓電陶瓷壓電常數(shù)d31的裝置由激光器、擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡、分光鏡、壓電陶瓷緊固件、聚焦透鏡、面陣CCD、計(jì)算機(jī)、反射鏡和積分放大電路組成;激光器、擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡和壓電陶瓷緊固件依次同軸放置在同一水平線上，分光鏡放置在準(zhǔn)直鏡和壓電陶瓷緊固件之間，與軸向成45°角，分光鏡的反射方向垂直放置反射鏡，反射鏡反射面的垂直方向過分光鏡依次同軸放置聚焦透鏡和面陣CCD，面陣CCD的輸出端連接計(jì)算機(jī)圖像采集卡的輸入端，計(jì)算機(jī)串口輸出信號(hào)連接積分放大器，積分放大器的輸出端連接到壓電陶瓷緊固件中壓電陶瓷樣品的控制端;擴(kuò)束鏡與準(zhǔn)直鏡的距離為擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡焦距之和，面陣CCD放置在聚焦透鏡的像面上。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
(I)由于采用是面陣CCD成像，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)壓電陶瓷樣品面上多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的條紋變化，并通過數(shù)據(jù)處理軟件可以同時(shí)反演出多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓電常數(shù)d31。
[0010](2)因?yàn)殇忼X波信號(hào)源由計(jì)算機(jī)串口實(shí)時(shí)控制，可以依據(jù)樣品的差異調(diào)節(jié)輸出的幅度和頻率，并能夠確保與采集系統(tǒng)的同步，所以測(cè)量精度高。
[0011](3)由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)和采集信號(hào)均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)同步處理，有效地提高了檢測(cè)精度。
[0012]綜上，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法可靠，操作方便，精度高且穩(wěn)定，適合對(duì)壓電陶瓷的壓電常數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]由圖1可知，一種檢測(cè)壓電陶瓷壓電常數(shù)d31的裝置由激光器1、擴(kuò)束鏡2、準(zhǔn)直鏡3、分光鏡4、壓電陶瓷緊固件5、聚焦透鏡6、面陣CCD7、計(jì)算機(jī)8、反射鏡9和積分放大電路10組成;激光器1、擴(kuò)束鏡2、準(zhǔn)直鏡3和壓電陶瓷緊固件5依次同軸放置在同一水平線上，分光鏡4放置在準(zhǔn)直鏡3和壓電陶瓷緊固件5之間，與軸向成45°角，分光鏡4的反射方向垂直放置反射鏡9，反射鏡9反射面的垂直方向過分光鏡4依次同軸放置聚焦透鏡6和面陣CCD7，面陣CCD7的輸出端連接計(jì)算機(jī)8圖像采集卡的輸入端，計(jì)算機(jī)8串口輸出信號(hào)連接積分放大器10，積分放大器10的輸出端連接到壓電陶瓷緊固件9中壓電陶瓷樣品的控制端;擴(kuò)束鏡2與準(zhǔn)直鏡3的距離為擴(kuò)束鏡2和準(zhǔn)直鏡3焦距之和，面陣(XD7放置在聚焦透鏡6的像面上。
[0016]本發(fā)明的工作流程； 將壓電陶瓷固定在壓電陶瓷緊固件5上，并在其表面鍍反射膜。從激光器發(fā)射的激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡2和準(zhǔn)直鏡3后到達(dá)分光鏡4，將激光束分成強(qiáng)度相等的兩束光，透射光經(jīng)壓電陶瓷樣品反射回分光鏡4，反射光經(jīng)反射鏡9返回分光鏡4，由于兩束光是同一激光器發(fā)出的激光光源，滿足干涉條件，所以形成明暗相間的干涉條紋，干涉條紋經(jīng)過聚焦透鏡6，成像到面陣CCD7，面陣CCD7采集的圖像信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)中數(shù)字采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由計(jì)算機(jī)串口發(fā)出信號(hào)，經(jīng)積分放大電路轉(zhuǎn)換成鋸齒波并功率放大，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷，其離面位移發(fā)生變化，通過計(jì)算機(jī)可以檢測(cè)到整個(gè)面陣CCD上干涉條紋級(jí)數(shù)變化，從而計(jì)算出壓電陶瓷表面的離面位移改變量，同時(shí)計(jì)算出此時(shí)驅(qū)動(dòng)的電壓值，最終擬合離面位移與電壓曲線，獲得壓電常數(shù) d31。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種檢測(cè)壓電陶瓷壓電常數(shù)d31的裝置，其特征在于，該裝置由激光器(1)、擴(kuò)束鏡(2)、準(zhǔn)直鏡(3)、分光鏡(4)、壓電陶瓷緊固件(5)、聚焦透鏡(6)、面陣CCD(7)、計(jì)算機(jī)(8)、反射鏡(9 )和積分放大電路(1 )組成;激光器(I)、擴(kuò)束鏡(2 )、準(zhǔn)直鏡(3 )和壓電陶瓷緊固件(5)依次同軸放置在同一水平線上，分光鏡(4)放置在準(zhǔn)直鏡(3)和壓電陶瓷緊固件(5)之間，與軸向成45°角，分光鏡(4)的反射方向垂直放置反射鏡(9)，反射鏡(9)反射面的垂直方向過分光鏡(4)依次同軸放置聚焦透鏡(6)和面陣CCD(7)，面陣CCD(7)的輸出端連接計(jì)算機(jī)(8)圖像采集卡的輸入端，計(jì)算機(jī)(8)串口輸出信號(hào)連接積分放大器(10)，積分放大器(10)的輸出端連接到壓電陶瓷緊固件(9)中壓電陶瓷樣品的控制端;擴(kuò)束鏡(2)與準(zhǔn)直鏡(3)的距離為擴(kuò)束鏡(2)和準(zhǔn)直鏡(3)焦距之和，面陣(XD(7)放置在聚焦透鏡(6)的像面上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種檢測(cè)壓電陶瓷壓電常數(shù)d31的裝置，涉及激光干涉檢測(cè)技術(shù)。該裝置由激光器（1）、擴(kuò)束鏡（2）、準(zhǔn)直鏡（3）、分光鏡（4）、壓電陶瓷緊固件（5）、聚焦透鏡（6）、面陣CCD（7）、計(jì)算機(jī)（8）、反射鏡（9）和積分放大電路（10）組成。其工作原理是通過鋸齒波信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷，利用激光干涉法精確測(cè)量壓電陶瓷的離面位移，得到壓電陶瓷壓電常數(shù)d31。優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法可靠，操作方便，精度高且穩(wěn)定，適合對(duì)壓電陶瓷的壓電常數(shù)d31進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
【IPC分類】G01R29/22
【公開號(hào)】CN105486937
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510986058
【發(fā)明人】吳金泉, 陳心浩, 王雪平, 徐小燕
【申請(qǐng)人】中南民族大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日