一种基于挠曲电动态效应产生脉冲电压的测量装置及方法，该装置包括分别设置在试件左右表面的左金属电极和右金属电极；左金属电极与右金属电极连接外接电阻的引线，电阻通过地线与测量脉冲电压信号的显示存储装置并联连接；本发明专利技术还提供了测量方法，通过高速示波器测量试件的输出电压，能够方便、简单的实现挠曲电动态效应所产生脉冲电压的直接测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及脉冲电压测量
，具体设及一种基于晓曲电动态效应所产生脉 冲电压的测量装置及方法。
技术介绍
力电禪合现象广泛存在于各种人工和天然材料中。压电材料是一种重要的智能材 料，运种材料受到机械应力作用的时候会产生电极化，反之在电场中会产生机械变形。压电 效应是指在电介质的一定方向上施加外力（压力或拉力）作用而变形时，在其表面上产生 电荷，而且只有非对称晶体才能产生压电效应。晓曲电效应是指由非均匀应变场或应变梯 度产生电极化现象，与压电效应不同的是，即使对于中屯、对称晶体，晓曲电效应同样可W使 材料产生电极化。在固体原子晶体中，应变梯度使得原子具有非均匀的相对位移，从而破坏 晶体的反演对称，在晶体中产生极化。由于压电效应是由均匀应变产生的，晓曲电效应是由 非均匀的应变产生的，运种机理上的差别导致了在宏观尺度下晓曲电效应往往可W忽略， 而在微观尺度下，尺寸相关的应变梯度很大，晓曲电效应不能被忽略。由于对晶体结构对称 性相对宽松的要求，晓曲电效应普遍存在于各种材料中，包括非压电材料和各向同性材料。 当高速冲击波通过试件时，发生高应变率变形，产生依赖于时间的应变梯度，而应 变梯度会产生离子的极化位移；对于冲击压缩波来说，原子的加速度正比于应变梯度，不同 质量的离子的加速度产生额外的极化位移，从而产生晓曲电动态效应，产生极化电荷，晓曲 电动态效应通常定义为：[000引其中yd=-XcM/p是动态晓曲电系数。Μ是由晶格动力学计算出的系数。ε是 材料的弹性应变，X是梯度的方向，Ρ是由晓曲电效应导致的应变梯度产生的极化，Ρ是密 度，C是弹性常数。在国际单位制下，晓曲电系数的单位是C/m。 晓曲电式材料选择范围更广，环境和人类友好型材料可用来制备晓曲电式传感 器、驱动器等功能器件。运样研究晓曲电动态效应的相关理论和产生电压信号的测量方法 就具有非常重要的科研工程意义。迄今为止，在冲击波作用下，由于晓曲电动态效应而产生 脉冲电压的测量装置及方法仍为空白，现在设计一种基于晓曲电动态效应产生脉冲电压的 测量装置及方法，通过高速示波器直接测量输出电荷，实验方法简单可行。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于晓曲电动态 效应产生脉冲电压的测量装置及方法，通过高速冲击波压缩作用试件，在试件中产生应变 梯度，从而测量发生晓曲电效应所产生的电压，也可用来检测所测材料的晓曲电动态效应。 为了达到W上目的，本专利技术采用如下技术方案： -种基于晓曲电动态效应产生脉冲电压的测量装置，包括分别设置在试件2左表 面和右表面的左金属电极1和右金属电极3 ;所述试件2和左金属电极1及右金属电极3封装在环氧树脂4内；所述左金属电极1与右金属电极3分别通过引线5与电阻8串联连接； 所述电阻8通过地线6与测量脉冲电压信号的显示存储装置7并联连接。 所述左金属电极1和右金属电极3是通过蒸锻的方法在试件左右表面锻金形成电 极。 所述地线6与引线5和电阻8通过引线键合的方式连接。 所述测量脉冲电压信号的显示存储装置7为高速示波器。 上面所述的测量装置及方法，一级轻气炮9的飞片高速碰撞试件2产生冲击波，试 件2发生高应变率变形，产生应变梯度，再由晓曲电效应在试件2左右表面产生极化电荷， 试件2左右表面电荷通过左金属电极1和右金属电极3经由引线5与电阻8串联形成闭合 电路，与电阻8并联的高速示波器7采集显示脉冲电压信号； 当高速冲击波通过试件2时，发生高应变率变形，产生依赖于时间的应变梯度，而 应变梯度会产生离子的极化位移；对于冲击压缩波来说，原子的加速度正比于应变梯度，不 同质量的离子的加速度产生额外的极化位移，从而产生晓曲电动态效应，产生极化电荷，其 表达式为：[001 引U=kQ其中yd=-xcM/p是动态晓曲电系数，Μ是由晶格动力学计算出的系数，P是 密度，C是弹性常数；μ是静态晓曲电系数，ε是材料的弹性应变，X是梯度的方向，Ρ是由 晓曲电效应导致的应变梯度产生的极化，Q是左右两面金属电极的输出电荷，k为电荷放大 系数，U为电压值的输出量，Η为材料试件左右表面边长；通过公式能够直接得到产生的脉 冲电压。[001引本专利技术具有W下优点： 1)迄今为止，在冲击波作用下基于晓曲电动态效应所产生脉冲电压的测量装置及 方法仍为空白。本专利技术填补了运方面的空白，为更深入的研究提供实验方法及思路。 。本专利技术电路串联外接50Ω电阻，延迟了脉冲时间，W便更精确的测量。 3)采用直接测量电压，高速示波器可W直接测量到微小时间内电压的变化，实验 简单可靠。 4)所需激励仪器为一级气炮，与化爆装置相比，气炮的优点在于弹丸速度易于调 整，飞片运动平稳，实验数据重复性好、信号测试干扰小、产生的冲击波有较大的平面范围 等。【附图说明】 附图为本专利技术测量装置的结构示意图。【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】，对本专利技术做进一步详细说明。如附图所示，本专利技术一种基于晓曲电动态效应所产生脉冲电压的测量装置，包括 分别设置在试件2左表面和右表面的左金属电极1和右金属电极3,所述左金属电极1与 试件2的左表面相接触；所述右金属电极3与试件2的右表面相接触；环氧树脂4把试件2 和左金属电极1及右金属电极3封装在内；所左金属电极1与右金属电极3分别通过引线 5与电阻8串联连接；测量电压信号的显示存储装置7通过地线6与电阻8并联连接。 作为本专利技术的优选实施方式，所述左金属电极1和右金属电极3是通过蒸锻的方 法在试件左右表面锻金形成电极。 作为本专利技术的优选实施方式，所述地线6与引线5和电阻8通过引线键合的方式 连接。 作为本专利技术的优选实施方式，所述显示存储装置7为高速示波器。[002引如附图所示，本专利技术测量装置的测量方法，一级轻气炮9的飞片高速碰撞试件2产 生冲击压缩波，试件2发生高应变率变形，产生应变梯度，再由晓曲电效应在试件2左右表 面产生极化电荷，试件2左右表面电荷通过左金属电极1和右金属电极3经由引线5与电 阻8串联形成闭合电路，与电阻8并联的高速示波器7采集显示脉冲电压信号； 当高速冲击波通过试件2时，发生高应变率变形，产生依赖于时间的应变梯度，而 应变梯度会产生离子的极化位移；对于冲击压缩波来说，原子的加速度正比于应变梯度，不 同质量的离子的加速度产生额外的极化位移，从而产生晓曲电动态效应，产生极化电荷，其 表达式为： U=kQ[〇〇3引其中yd=-xcM/p是动态晓曲电系数，Μ是由晶格动力学计算出的系数，P是 密度，C是弹性常数；μ是静态晓曲电系数，ε是材料的弹性应变，X是梯度的方向，Ρ是由 晓曲电效应导致的应变梯度产生的极化，Q是左右两面金属电极的输出电荷，k为电荷放大 系数，U为电压值的输出量，Η为材料试件左右表面边长。通过公式能够看出，可W直接测量 产生的脉冲电压。【主权项】1. 一种基于晓曲电动态效应产生脉冲电压的测量装置，其特征在于：包括分别设置在 试件（2)左表面和右表面的左金属电极（1)和右金属电极（3);所述试件（2)和左金属电 极（1)及右金属电极（3)封装在环氧树脂（4)内；所述左金属电极（1)与右金属电极（3) 分别通过引线（5)与电阻（8)串联连接；所述电阻（8)通过地线（6)与测量脉冲电压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于挠曲电动态效应产生脉冲电压的测量装置，其特征在于：包括分别设置在试件(2)左表面和右表面的左金属电极(1)和右金属电极(3)；所述试件(2)和左金属电极(1)及右金属电极(3)封装在环氧树脂(4)内；所述左金属电极(1)与右金属电极(3)分别通过引线(5)与电阻(8)串联连接；所述电阻(8)通过地线(6)与测量脉冲电压信号的显示存储装置(7)并联连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡涛涛，申胜平，梁旭，杨文君，郁汶山，刘群峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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