一种压电陶瓷片应力测量方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种压电陶瓷片应力测量方法及测量装置，所述测量方法包括：调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力；根据所述第一接触压力和所述第二接触压力计算所述压电陶瓷片的应力值。所述测量装置包括电源、支撑杆、两个位移台、两个力传感器以及显示仪器。本发明专利技术的测量方法和测量装置通过力传感器测量不同加压或降压条件下所述压电陶瓷片两端的压力，从而能够获知所述压电陶瓷片本身的性能特点，装置成本低，便于准确、可靠地筛选性能良好的压电陶瓷片。

【技术实现步骤摘要】
一种压电陶瓷片应力测量方法及测量装置
本专利技术属于压电陶瓷
，具体涉及一种压电陶瓷片应力测量方法及测量装置。
技术介绍
压电陶瓷的组成可在很宽的范围内变化，具有压电、铁电、热释电和电光等不同的性能。在一定的工艺条件下，压电陶瓷可以加工成透明陶瓷，因此在计算技术、显示技术、激光技术、全息存储、微声技术以及光电子学诸领域都有重要的应用前景。压电陶瓷具有双向可逆效应，即正、逆压电效应，这使得压电陶瓷既可作传感元件又可作驱动元件。压电陶瓷具有在正向偏压条件下尺寸收缩、而在反向偏压条件下尺寸扩张的特性。通常的位移测量方法就是采用位移传感器在压电陶瓷片自由扩张或收缩状态下测量其形变尺寸。利用它的逆压电效应可以实现微位移控制，它具有体积小、推力大、精度及位移分辨力高等优点，且发热量小，不产生噪声，是理想的微位移传感器。压电陶瓷片在实际应用中对其压电性能有较高的要求，目前仅依靠位移性能的测量来筛选性能好的压电陶瓷片，但使用中发现相同位移性能的压电陶瓷片装配在组件上后，整体性能有差别，难以准确衡量压电陶瓷片在组件使用环境下带负载能力。为了解决现有问题，急需一种能够高效、准确地分辨出压电陶瓷片性能好坏的测量手段。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种压电陶瓷片应力测量方法及测量装置。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术的一个方面提供一种压电陶瓷片应力测量方法，包括：调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力；根据所述第一接触压力和所述第二接触压力计算所述压电陶瓷片的应力值。在本专利技术的一个实施例中，调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力，包括：向所述压电陶瓷元件施加120V-150V范围的正向电压，在120V-150V条件下测量第二接触压力；将所述120V-150V的正向电压降至0V，在0V时测量第一接触压力。在本专利技术的一个实施例中，调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力，包括：向所述压电陶瓷元件施加120V-150V范围的正向电压，在120V-150V条件下测量第二接触压力；将所述120V-150V的正向电压逐次降至0V，每次降压10-20V，并在0V时测量第一接触压力。在本专利技术的一个实施例中，调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力，包括：在向所述压电陶瓷元件施加电压之前，在未施加电压条件下测量第一接触压力；向所述压电陶瓷元件施加120V-150V的正向电压，并在120V-150V条件下测量第二接触压力。在本专利技术的一个实施例中，调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力，包括：在向所述压电陶瓷元件施加电压之前，在未施加电压条件下测量第一接触压力；向所述压电陶瓷元件施加正向电压，逐次加压至120V-150V，每次增大10-20V，在120V-150V条件下测量第二接触压力。在本专利技术的一个实施例中，根据所述第一接触压力和所述第二接触压力计算所述压电陶瓷片的应力值，包括：计算所述第一接触压力与所述第二接触压力的差值绝对值，将所述差值绝对值作为所述压电陶瓷片的应力值。本专利技术的另一方面提供了一种压电陶瓷片应力测量装置，包括电源、支撑杆、两个位移台、两个力传感器、显示仪器，其中，所述支撑杆垂直设置，用于放置待测的压电陶瓷片；每个位移台分别对应设置于所述支撑杆的两侧，每个所述力传感器对应设置于一个所述位移台上，所述力传感器能够通过所述位移台的移动而与所述压电陶瓷片的两侧接触；所述两个力传感器分别连接所述显示仪器。在本专利技术的一个实施例中，所述位移台沿横向方向和纵向方向分别设置有带标尺的旋钮。在本专利技术的一个实施例中，所述压电陶瓷片为圆环状，材料为PZT-5。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的压电陶瓷片应力测量方法通过两个力传感器测量不同加压或降压条件下所述压电陶瓷片相对两端的压力变化，从而能够获知所述压电陶瓷片本身的性能特点，便于准确、可靠地筛选性能良好的压电陶瓷片。2、本专利技术压电陶瓷片应力测量装置包括电源、支撑杆、两个位移台、两个力传感器以及显示仪器，通过力传感器获取不同电压条件下压电陶瓷片的接触压力变化，得到所述压电陶瓷片的应力，其结构操作简单、成本低。附图说明图1是本专利技术实施例使用的一种压电陶瓷片模型的示意图；图2a是两点约束条件下压电陶瓷片模型的应力分布图；图2b是三点约束条件下压电陶瓷片模型的应力分布图；图2c是四点约束条件下压电陶瓷片模型的应力分布图；图2d是四周全约束条件下压电陶瓷片模型的应力分布图；图3是压电陶瓷片模型在不同位移约束条件下的应力随外加载荷电压的变化曲线图；图4是本专利技术实施例提供的压电陶瓷片应力测量方法的流程图；图5是本专利技术实施例提供的压电陶瓷片应力测量装置的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本
技术实现思路
做进一步的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1至图2d，图1是本专利技术实施例使用的一种压电陶瓷片模型的示意图；图2a至图2d分别是两点约束、三点约束、四点约束以及四周全约束压电陶瓷片模型的应力分布图，其中，两点约束是指在施加电压的过程中限制压电陶瓷片上相对两点处的位移，三点约束是指在施加电压的过程中限制压电陶瓷片上均匀分布的三点处的位移，四点约束是指在施加电压的过程中限制压电陶瓷片上均匀分布的四点处的位移，四周全约束是指在施加电压的过程中沿周向方向限制整个压电陶瓷片的位移。在本实施例中，在实际测量之前，首先利用ANSYS软件模拟两点位移约束、三点位移约束、四点位移约束以及四周全约束对应力性能的影响，首先建立如图1所示的压电陶瓷圆环片模型，尺寸为Ф24×Ф5×0.4。在本实施例中，仿真的压电陶瓷片的材料选用PZT-5，单元类型为Solid5，材料密度为7750kg/m3。该压电陶瓷材料的介电矩阵、压电矩阵和刚度矩阵分别为[εs]PZT、[e]PZT和[cE]PZT，参数如下：在压电陶瓷片四周改变不同的位移约束条件，包括两点位移约束、三点位移约束、四点位移约束以及四周位移全约束，随后分别在厚度方向上施加20v、40v、60v......120v载荷电压，得到不同位移约束条件下的应力分布，如图2a、图2b、图2c和图2d。接着，请参见图3，图3是压电陶瓷片模型在不同位移约束条件下的应力随外加载荷电压的变化曲线图。如图可知，两点位移约束、三点位移约束、四点位移约束及四周全约束条件下应力与载荷电压均呈线性关系，而且约束点数越多，应力值越大，但是数值差别不大。由于实际测量中无法实现四周位移全约束，并且出于成本和测量效果考虑，本研究的实际测量过程选择两点位移约束法测试径向应力，即通过两个力传感器测试压电陶瓷片上的相对位置的两点处的应力。请参见图4，图4是本专利技术实施例提供的压电陶瓷片应力测量方法的流程图。本专利技术实施例的压电陶瓷片应力测量方法包括：S1：调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力；具体地，将压电陶瓷片的正极连接至电源的正极，将压电陶瓷片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电陶瓷片应力测量方法，其特征在于，所述方法包括：调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力；根据所述第一接触压力和所述第二接触压力计算所述压电陶瓷片的应力值。

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷片应力测量方法，其特征在于，所述方法包括：调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力；根据所述第一接触压力和所述第二接触压力计算所述压电陶瓷片的应力值。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷片应力测量方法，其特征在于，调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力，包括：向所述压电陶瓷元件施加120V-150V范围的正向电压，在120V-150V条件下测量第二接触压力；将所述120V-150V的正向电压降至0V，在0V时测量第一接触压力。3.根据权利要求1所述的压电陶瓷片应力测量方法，其特征在于，调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力，包括：向所述压电陶瓷元件施加120V-150V范围的正向电压，在120V-150V条件下测量第二接触压力；将所述120V-150V的正向电压逐次降至0V，每次降压10-20V，并在0V时测量第一接触压力。4.根据权利要求1所述的压电陶瓷片应力测量方法，其特征在于，调节施加在压电陶瓷片上的电压，并获取施加电压前的第一接触压力以及施加电压后的第二接触压力，包括：在向所述压电陶瓷元件施加电压之前，在未施加电压条件下测量第一接触压力；向所述压电陶瓷元件施加120V-150V的正向电压，并在120V-150V条件下测量第二接触压力。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙艳玲，郭佳佳，刘宇刚，鲁振中，于文东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61