一种适用于原位测试的电压加载和铁电性能测试系统技术方案

一种适用于原位测试的电压加载和铁电性能测试系统，属于材料测试领域，包括电源、交流加载装置、直流加载装置、铁电性能测试装置、原位测试装置、数据采集装置和显示装置；电源的输出端分别连接交流加载装置和直流加载装置，直流加载装置的输出端连接原位测试装置的输入端，交流加载装置的输出端通过双向开关分别连接铁电性能测试装置的输入端和原位测试装置的输入端，铁电性能测试装置的输出端和原位测试装置的输出端分别连接数据采集装置，数据采集装置的输出端连接显示装置；能与商用的XRD和Raman仪器联用，能够方便实现对试样进行动态电场加载下的XRD和Raman谱原位测试，并提供铁电性能动态测试结果，操作方便，结构简单。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于原位测试的电压加载和铁电性能测试系统
本技术属于材料测试领域，尤其是涉及一种适用于原位测试的电压加载和铁电性能测试系统。
技术介绍
材料在使用过程中所产生的电疲劳和失效行为往往阻碍了其发展和应用，目前有许多科学家已经对材料的电疲劳失效机理进行了多方面的研究，但是由于缺少一种原位测试系统，无法对反应材料在外电场下微观结构变化与电疲劳之间关系的数学模型和损伤机理提供实验的依据。先进的科学实验手段与实验表征方法是前沿基础研究和技术创新的前提，为了更好地了解材料电疲劳损伤的微观机理，有必要建立一套原位测试系统，能够满足材料在电压加载过程中进行原位测试和铁电性能测试，现场动态观测材料的微观结构和宏观性能变化。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有技术中XRD(X射线衍射)仪器和Raman(拉曼)光谱仪原位测试时无法进行电场加载和现场动态观测不足的技术问题，提供一种适用于原位测试的电压加载和铁电性能测试系统，能够与XRD和Raman仪器联用，实现对测试材料电场加载作用下的原位测试。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种适用于原位测试的电压加载和铁电性能测试系统，包括电源、交流加载装置、直流加载装置、铁电性能测试装置、原位测试装置、数据采集装置和显示装置；电源的输出端分别连接交流加载装置和直流加载装置，直流加载装置的输出端连接原位测试装置的输入端，交流加载装置的输出端通过双向开关分别连接铁电性能测试装置的输入端和原位测试装置的输入端，铁电性能测试装置的输出端和原位测试装置的输出端分别连接数据采集装置，数据采集装置的输出端连接显示装置；直流加载装置用于为原位测试装置提供直流电场；交流加载装置用于为铁电性能测试装置和原位测试装置提供交流电场；铁电性能测试装置用于测试材料在电疲劳过程中的铁电性能；原位测试装置用于原位测试材料的微观结构；数据采集装置用于对材料电疲劳过程中的实时检测、数据采集、数据存储以及后续的数据分析与处理。所述原位测试装置包括原位检测控制器和X射线衍射仪，原位检测控制器与X射线衍射仪电连接，X射线衍射仪与数据采集装置数据连接。所述原位测试装置还包括拉曼光谱仪，拉曼光谱仪与原位检测控制器电连接、与数据采集装置数据连接。相对于现有技术，本技术技术方案取得的有益效果是：本技术通过设计和搭建一套集电压加载、测试和记录为一体的装置，能与商用的XRD仪器和Raman光谱仪联用，能够方便实现对试样进行动态电场加载下的XRD和Raman谱原位测试，并提供铁电性能动态测试结果，操作方便，结构简单，从真正意义上实现材料外电场作用下的微观结构原位测试和宏观性能测试，为材料电疲劳机理的观测和研究提供一个原位测试系统，在材料电场加载下的原位观测方面有了突破进展。附图说明图1为本技术的结构框图；图2为铁电性能测试装置的结构及工作原理示意图；图3为原位测试装置的工作原理示意图。附图标记：电源1，交流加载装置2，直流加载装置3，铁电性能测试装置4，原位测试装置5，数据采集装置6，显示装置7，电压加载材料21，微电流放大器及积分器22，程控放大器23，模/数转换器24，微机接口25，数/模转换器26，电压放大驱动电路27，I/O口29，原位检测控制器32，X射线衍射仪33，Raman光谱仪34。具体实施方式为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本技术做进一步详细说明。图1为本技术的结构框图，包括电源1、交流加载装置2、直流加载装置3、铁电性能测试装置4、原位测试装置5、数据采集装置6和显示装置7；电源1的输出端分别连接交流加载装置2和直流加载装置3，直流加载装置3的输出端连接原位测试装置5的输入端，交流加载装置2的输出端通过双向开关分别连接铁电性能测试装置4的输入端和原位测试装置5的输入端，铁电性能测试装置4的输出端和原位测试装置5的输出端分别连接数据采集装置6，数据采集装置6的输出端连接显示装置7。直流加载装置3用于为原位测试装置5提供直流电场，以实现材料在直流电场作用下的原位测试，直流电场下的原位测试包括XRD和Raman谱原位测试；交流加载装置2用于为铁电性能测试装置4和原位测试装置5提供交流电场，以实现对材料交流电疲劳过程中的原位测试，交流电场下的原位测试包括XRD和Raman谱原位测试；铁电性能测试装置4用于测试材料在电疲劳过程中的现场铁电性能。原位测试装置5用于原位测试材料的微观结构，包括XRD和Raman谱。数据采集装置6用于对材料电疲劳过程中的实时检测、数据采集、数据存储以及后续的数据分析与处理。本实施例应用电压加载和铁电性能测试系统对材料进行电场加载下的原位测试时，通过双向开关操作，仪器的直流加载和交流加载下的原位微观结构测试和铁电性能测试，并且通过调压装置来控制测试电压大小，将得到的测试信号通过数据线和数据采集卡传送到CPU中，通过编译好的程序实现测试结果处理与显示。本实施例能够提供0～1500V的直流电压，能产生0～1500V的正弦交流电，并作为样品电疲劳和电滞回线测试的信号源。图2为铁电性能测试装置4的结构及工作原理示意图，铁电性能测试装置4主要包括微电流放大器及积分器22、电压放大驱动电路27、可编程放大器23、模/数转换器24、数/模转换器26、微机接口25、I/O口29，将电压加载材料21通过微电流放大器及积分器22进行测量并通过程控放大器23和电压放大驱动电路27对电压加载材料21进行电压加载，最后将测得数据传输到数据采集装置6，数据采集装置6可连接应用软件，用户通过应用软件获得测试数据并控制电压加载材料21所加载的电压数值。铁电性能测试装置的电路测试精度仅取决于积分器积分电容的精度，减少了对测试的影响环节，比较容易定标和校准，并且能实现较高的测量准确度，不仅能画出材料的电滞回线，还可以定量得到材料的饱和极化Ps、剩余极化Pr、矫顽场Ec、漏电流Ik等参数，以及测试铁材料的铁电疲劳性能、铁电保持性能。铁电性能测试装置采用一体化设计，测试结果全数字化，操作简单方便。通过铁电性能测试装置，可以实现材料在电压加载下的宏观铁电性能测试。图3为原位测试装置5的的工作原理示意图，所述原位测试装置5包括原位检测控制器32、X射线衍射仪33和拉曼光谱仪34，X射线衍射仪33和拉曼光谱仪34分别与原位检测控制器32电连接，X射线衍射仪33和拉曼光谱仪34分别与数据采集装置6数据连接。通过原位检测控制器32对电压加载材料分别进行XRD和Raman谱原位测试，通过数据采集装置6采集XRD和Raman谱的数据并分析处理，可动态观测试样电场加载过程中的XRD和Raman谱变化，实现材料在电压加载下的原位微观结构测试。本实施例可动态观测试样电场加载过程中的XRD和Raman谱变化，而且加载、数据采集、曲线绘制全部由专门设计的应用软件控制，为材料研究人员提供理想的辅助工具。本实施例通过电压加载系统，利用高倍率的电子显微镜可以对材料动态电场加载过程中的XRD和Raman谱变化进行跟踪观察和记录，并同时测试铁电性能变化，为定量描绘材料的电疲劳行为与微结构变化之间的关系提供了一种非常有用的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于原位测试的电压加载和铁电性能测试系统，其特征在于：包括电源、交流加载装置、直流加载装置、铁电性能测试装置、原位测试装置、数据采集装置和显示装置；电源的输出端分别连接交流加载装置和直流加载装置，直流加载装置的输出端连接原位测试装置的输入端，交流加载装置的输出端通过双向开关分别连接铁电性能测试装置的输入端和原位测试装置的输入端，铁电性能测试装置的输出端和原位测试装置的输出端分别连接数据采集装置，数据采集装置的输出端连接显示装置；直流加载装置用于为原位测试装置提供直流电场；交流加载装置用于为铁电性能测试装置和原位测试装置提供交流电场；铁电性能测试装置用于测试材料在电疲劳过程中的铁电性能；原位测试装置用于原位测试材料的微观结构；数据采集装置用于对材料电疲劳过程中的实时检测、数据采集、数据存储以及数据分析与处理。

【技术特征摘要】
1.一种适用于原位测试的电压加载和铁电性能测试系统，其特征在于：包括电源、交流加载装置、直流加载装置、铁电性能测试装置、原位测试装置、数据采集装置和显示装置；电源的输出端分别连接交流加载装置和直流加载装置，直流加载装置的输出端连接原位测试装置的输入端，交流加载装置的输出端通过双向开关分别连接铁电性能测试装置的输入端和原位测试装置的输入端，铁电性能测试装置的输出端和原位测试装置的输出端分别连接数据采集装置，数据采集装置的输出端连接显示装置；直流加载装置用于为原位测试装置提供直流电场；交流加载装置用于为铁电性能测试装置和原位测试装置提供交流电场；铁电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飒，王永烨，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建,35