本发明专利技术公开了一种压电薄膜机电特性试验装置，包括激振器、第一转接件、夹具、电涡流传感器、压电力传感器、第二转接件、微调位移平台、试验框架、电荷放大器、前置器、金属片、数据采集器和信号发生器。该装置夹具包括拉伸夹具和压缩夹具可实现对压电薄膜不同方向的性能进行试验。通过激振器可实现快速加载，压电力传感器、电涡流传感器分别测量压电薄膜受力和变形量的，通过夹具和电荷放大器可获得压电薄膜表面电压，从而实现动态力的快速加载及压电薄膜所受加载力、变形量及其表面电压的同步测量，实现压电薄膜压电特性与机械特性的同时研究，试验过程简单易操作，高效准确。此外，利用本装置可获得较宽且连续频率范围内压电薄膜的机电特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压电材料测试领域，具体是一种压电薄膜机电特性试验装置。
技术介绍
目前针对压电薄膜在不同载荷和频率范围内机电响应特性问题，研究有以下几种研究手段:一是采用悬臂梁研究其压电特性，通过将压电薄膜和电阻应变片同时黏贴在悬臂梁上，利用激振器当悬臂梁以不同频率振动时，采用电荷放大器与压电薄膜组合而成传感器输出的电压与应变仪和电阻应变片所测得悬臂梁在同一截面位置处动态应变做出比较。然而，由于电阻应变片频响较低，此法只能适用于低频范围内压电薄膜的压电特性研究；并且无法获得压电薄膜的机械特性。二是采用霍普金森压杆(SHPB)技术来研究压电薄膜动态压电特性，可获得压电薄膜的在动态响应下的压电特性。但此法无法获取压电薄膜在连续频率范围的机电特性，也无法用以研究获取材料的机械特性。三是通过万能试验机等研究其机械特性，可获取其准静态载荷下的压电特性，但无法得到材料在不同频率范围内的机械特性。综合现有试验方法，均无法快速有效的同时实现压电薄膜在不同载荷和频率范围内机械特性与压电响应特性的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压电薄膜机电特性试验装置，可以实现对0.1Hz?20KHz频率范围内的压电薄膜的粘弹性模量和压电模量的测量。实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种压电薄膜机电特性试验装置，包括激振器、第一转接件、夹具、电涡流传感器、压电力传感器、第二转接件、微调位移平台、试验框架、电荷放大器、前置器、金属片、数据采集器和信号发生器；激振器固定在试验框架底部，激振器与信号发生器连接，第一转接件固定在激振器顶部，夹具包括上夹具和下夹具，下夹具固定在第一转接件上，电涡流传感器设置在金属片上方，金属片固定在下夹具顶部，上夹具顶部设有压电力传感器，压电力传感器顶部设有第二转接件，第二转接件顶部设有微调位移平台，微调位移平台固定在试验框架顶部；压电力传感器与电荷放大器连接，电涡流传感器与前置器连接，电荷放大器和前置器再与数据采集器连接。上述第一转接件由三个直径不同的圆柱体连接组成，圆柱体半径依次减小，直径最小的圆柱体外壁设有螺纹，直径最大的圆柱体底面均匀分布至少2个腰形通孔，第一转接件通过螺纹固定在激振器上。上述第二转接件的截面为U型，第二转接件的U型底面中心开有螺纹通孔，压电力传感器设置在第二转接件的U型底面上，其一端穿过第二转接件的螺纹通孔，第二转接件顶部固定在微调位移平台上。上述夹具为拉伸夹具或压缩夹具。上述拉伸夹具包括拉伸上夹具和拉伸下夹具，拉伸上夹具包括拉伸上夹具二阶台阶和拉伸上夹具铜片，拉伸上夹具二阶台阶的第一阶台阶底面积大，第二阶台阶底面积小，第二阶台阶的一侧侧壁与第一阶台阶的中心线重合，拉伸上夹具铜片固定在第二阶台阶与第一阶台阶的中心线重合的那侧侧壁，压电力传感器固定在拉伸上夹具二阶台阶的第一阶台阶上；拉伸下夹具包括拉伸下夹具二阶台阶和拉伸下夹具铜片，拉伸上夹具二阶台阶的第一阶台阶底面积大，第二阶台阶底面积小，第二阶台阶的一侧侧壁与第一阶台阶的中心线重合，拉伸下夹具铜片固定在第二阶台阶与第一阶台阶的中心线重合的那侧侧壁；拉伸上夹具二阶台阶的第一阶台阶的中心线与拉伸下夹具二阶台阶的第一阶台阶的中心线重合；拉伸上夹具铜片和拉伸下夹具铜片位于拉伸夹具中垂线两侧，拉伸下夹具的二阶台阶固定在第一转接件上。上述拉伸上夹具二阶台阶和拉伸下夹具二阶台阶均由PMMA制成。上述压缩夹具包括压缩上夹具和压缩下夹具，压缩上夹具和压缩下夹具中垂线重合，压缩上夹具包括柱体、钢球和压缩上夹具压块；压缩上夹具压块由两个截面积不同的柱体组成，截面积大的柱体顶面开有球形凹槽，柱体底面开有球形凹槽，钢球设置在柱体和压缩上夹具压块之间，将柱体和压缩上夹具压块隔开，钢球沿柱体和压缩上夹具压块上的凹槽滚动；压缩下夹具包括矩形块和压缩下夹具压块，压缩下夹具压块由三个截面积不同的柱体组成，截面积最大的柱体分别与其他两个柱体连接，截面积小的圆柱体固定在矩形块中心；压电力传感器固定在柱体的顶部中心；压缩下夹具的矩形块固定在第一转接件上。上述柱体和矩形块均由PMMA制成，柱体为棱柱或圆柱体，压缩上夹具压块和压缩下夹具压块均为铜制。本专利技术与现有技术相比，其显著优点:(1)本专利技术压电薄膜机电特性试验装置通过激振器可实现快速加载，通过压电力传感器、电涡流传感器分别测量压电薄膜受力和变形量的，通过夹具和电荷放大器可获得压电薄膜表面电压，从而实现动态力的快速加载及压电薄膜所受加载力、变形量及其表面电压的同步测量，可实现同时研究压电薄膜压电特性与机械特性，试验过程简单易操作，高效准确。(2)本专利技术压电薄膜机电特性试验装置包含两套夹具，拉伸夹具和压缩夹具，可实现对压电薄膜材料不同方向的机电特性进行研究。(3)本装置采用激振器和压电传感器以及电涡流传感器可以获得压电薄膜在较宽频率范围的机电特性。此外，可以获得连续频率范围内稳定的压电薄膜表面产生的电荷、应变和加载力的试验曲线，为压电薄膜机电特性的研究提供了一种新的试验手段。【附图说明】图1是本专利技术装置的原理示意图。图2是本专利技术装置的结构示意图。图3是第一转接件的结构示意图。图4是第二转接件的结构示意图。图5是拉伸夹具的结构示意图。图6是压缩夹具的结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。实施例1结合图1和图2，本专利技术为一种压电薄膜机电特性试验装置，包括激振器1、第一转接件2、夹具3、电涡流传感器4、压电力传感器6、第二转接件7、微调位移平台8、试验框架9、电荷放大器10、前置器11、金属片41、数据采集器12和信号发生器13。激振器I固定在试验框架9底部，激振器I通过导线信号发生器13连接，第一转接件2固定在激振器I顶部，夹具3包括上夹具和下夹具，下夹具固定在第一转接件2上，电涡流传感器4通过支架悬空设置在金属片41的上方，金属片41固定在下夹具顶部，上夹具顶部设有压电力传感器6，压电力传感器6顶部设有第二转接件7，第二转接件7顶部设有微调位移平台8，微调位移平台8通过螺纹固定在试验框架9顶部内壁。作为待测件的压电薄膜5固定在上夹具和下夹具之间，压电薄膜5和压电力传感器6均通过导线与电荷放大器10连接，电涡流传感器4通过导线与前置器11连接，电荷放大器10和前置器11通过导线再与数据采集器12连接。结合图3，第一转接件2由三个直径不同的圆柱体连接组成，圆柱体半径依次减小，直径最小的圆柱体外壁设有螺纹，直径最大的圆柱体底面均匀分布4个腰形通孔，第一转接件2通过螺纹固定在激振器I上。结合图4，第二转接件7的截面为U型，第二转接件7的U型底面中心开有螺纹通孔，压电力传感器6设置在第二转接件7的U型底面上，其一端穿过第二转接件7的螺纹通孔，第二转接件7顶部固定在微调位移平台8上。一般情况下压电薄膜5极薄，故在试验过程中保证整套试验装置的对中性和垂直度非常重要，以避免材料扭曲，影响试验效果。下夹具安装在第一转接件2，通过第一转接件2上的腰形通孔可实现水平微调，保证上夹具与下夹具的对中性。通过微调位移平台8(精度达0.0lmm)可实现高度微调，此外，微调位移平台8还具有给压电薄膜5施加预紧力的作用。结合图5，夹具3为拉伸夹具。拉伸夹具包括拉伸上夹具和拉伸下夹具，拉伸上夹具包括由绝缘的聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电薄膜机电特性试验装置，其特征在于：包括激振器(1)、第一转接件(2)、夹具(3)、电涡流传感器(4)、压电力传感器(6)、第二转接件(7)、微调位移平台(8)、试验框架(9)、电荷放大器(10)、前置器(11)、金属片(41)、数据采集器(12)和信号发生器(13)；激振器(1)固定在试验框架(9)底部，激振器(1)与信号发生器(13)连接，第一转接件(2)固定在激振器(1)顶部，夹具(3)包括上夹具和下夹具，下夹具固定在第一转接件(2)上，电涡流传感器(4)设置在金属片(41)上方，金属片(41)固定在下夹具顶部，上夹具顶部设有压电力传感器(6)，压电力传感器(6)顶部设有第二转接件(7)，第二转接件(7)顶部设有微调位移平台(8)，微调位移平台(8)固定在试验框架(9)顶部；压电力传感器(6)与电荷放大器(10)连接，电涡流传感器(4)与前置器(11)连接，电荷放大器(10)和前置器(11)再与数据采集器(12)连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：狄长安，薛松松，胡慕锋，潘孝斌，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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