一种压电膜压电系数的检测方法、测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种压电膜压电系数的检测方法、测量装置，所述检测方法包括以下步骤：S1、采集压电膜样品在第一状态时的压力信号和电压信号，其中，当施力单元靠近或轻微接触压电膜样品时，该状态为第一状态；S2、采集压电膜样品在第二状态时的压力信号和电压信号，其中，当施力单元对压电膜样品施加预设压力时，该状态为第二状态；S3、至少重复步骤S1和步骤S2一次；S4、根据两种状态下的压力差和电压差，获得压电膜样品的压电系数。本发明专利技术的检测方法操作简单，测量精度高。测量精度高。测量精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种压电膜压电系数的检测方法、测量装置


[0001]本专利技术涉及压电系数的检测方法，尤其涉及一种压电膜压电系数的检测方法、测量装置。

技术介绍

[0002]压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，而压电材料最重要的参数就是压电系数D33。
[0003]目前压电材料压电系数的测量方法有：直接加力测量法(Berlincourt method)、激光干涉法(laser interferometer)、激光多普勒测振仪(laser scanning vibrometers)和压电力显微镜(Piezoelectric force microscopes)。其中，激光干涉法、激光多普勒测振仪和压电力显微镜法都是通过逆压电效应，即通过加电压信号使材料产生形变效果，测量压电系数，虽然其测量精度高，但是设备昂贵，且对测量环境要求高。
[0004]直接加力测量法是利用正压电效应，即通过加力使材料产生电荷的方式来测量压电系数，这种方法虽然在测量精度方面比不上其他3种测量方法，但是测量装置的价格便宜，使用操作简单。目前常用的加力测量法的压电系数测量装置，如中科院声学所和新加坡的Piezotest Pte.Ltd的测量装置，如图1所示，包括电磁驱动1、参考材料上下电极2、参考材料3、绝缘住4、上下测试探头5和被测材料6，其测量原理如下：将被测材料和参考材料串联，施以一定预压力进行固定，然后对参考材料和被测材料同时施加一小量的交变力，测量与被测材料和参考材料相连的电容C1和C2端的电压V1和V2，如果C1＝C2，则被测样品的压电系数D
33
与参考材料的压电系数D
33
’
之间存在如下关系：D
33
＝(V1/V2)*D
33
’
，参考样品的压电系数D
33
’
已知的情况下就可以得到被测样品的压电系数D
33
。
[0005]上述的测量方法有一个前提条件，即要求C1＝C2>100CT，(CT为参考或被测样品的自由电容，其中，自由电容(CT)是指压电器件在1kHz频率下的电容值，此值和数字电容表测得的值是一致的。自由电容CT减去动态电容C1就可以得到真正的静电容C0，C0＝CT－C1，使用时要以电感对C0进行平衡。在清洗机或超声加工机器的电路设计中，正确地平衡C0可以提高电源的功率因素，使用电感平衡有两种方法，并联调谐和串联调谐，即样品自身的电容量对整体电路的影响要足够小。C1，C2如果选择太大，则输出电压会过小，容易被噪声覆盖，所以C1，C2的电容一般选1μF，即要求被测样品的电容要小于10nF。当被测样品的电容接近或大于10nF时，将不适应。参考材料一般为mm级厚度的压电陶瓷片，仅适合于如图2所示，厚度100um以上的压电陶瓷片，但不适合测量具有如图3所示压电薄膜材料的压电系数，这主要是由于衬底的存在，测量过程中衬底材料及薄膜自身的电容会对结果产生较大的影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种压电膜压电系数的检测方法，操作简单，测量精度高。
[0007]本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种压电膜压电系数的检测方法，可测量
不同结构的压电膜。
[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种压电膜压电系数的测量装置，结构简单，成本低，测量精度高。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种压电膜压电系数的检测方法，包括以下步骤：
[0010]S1、采集压电膜样品在第一状态时的压力信号和电压信号，其中，当施力单元靠近或轻微接触压电膜样品时，该状态为第一状态；
[0011]S2、采集压电膜样品在第二状态时的压力信号和电压信号，其中，当施力单元对压电膜样品施加预设压力时，该状态为第二状态；
[0012]S3、至少重复步骤S1和步骤S2一次；
[0013]S4、根据两种状态下的压力差和电压差，获得压电膜样品的压电系数。
[0014]作为上述方案的改进，采用测量装置来检测所述压电膜样品，所述测量装置包括施力单元、移动检测单元和信号处理单元；所述移动检测单元与施力单元连接，并可带动施力单元移动；所述信号处理单元与压电膜样品连接，用于采集压电膜样品的电压信号；所述信号处理单元与移动检测单元连接，用于控制移动检测单元的移动。
[0015]作为上述方案的改进，所述施力单元包括探头、弹性件和力传感器，所述弹性件连接在探头和移动检测单元之间，所述力传感器连接在探头和移动检测单元上，用于检测探头对压电膜样品施加的压力值，并将实测的压力信号传输给信号处理单元。
[0016]作为上述方案的改进，所述移动检测单元包括驱动模块和可移动模块，所述信号处理单元包括控制模块和信号处理模块，所述弹性件连接在探头和可移动模块之间，所述力传感器连接在探头和可移动模块上，所述驱动模块通过传动杆与可移动模块连接，所述信号处理模块通过导线或探针与压电膜样品形成导电回路，用于采集压电膜样品的电压信号。
[0017]作为上述方案的改进，所述压电膜样品包括压电材料、第一电极和第二电极，所述第一电极设置在压电材料的正面，所述第二电极设置在压电材料的背面，其中，部分第二电极的正面裸露出来；
[0018]两根导线的一端分别连接在压电膜样品的第一电极和第二电极，两根导线的另一端分别连接在信号处理模块上，所述压电膜样品与信号处理模块形成导电回路。
[0019]作为上述方案的改进，所述压电膜样品包括压电材料、第一电极、第二电极和衬底，所述第一电极设置在压电材料的正面，所述第二电极设置在压电材料的背面，所述衬底设置第二电极的背面，其中，部分第二电极的正面裸露出来；
[0020]两根导线的一端分别连接在压电膜样品的第一电极和第二电极，两根导线的另一端分别连接在信号处理模块上，所述压电膜样品与信号处理模块形成导电回路。
[0021]作为上述方案的改进，所述压电膜样品包括压电材料、第一电极、第二电极和导电支撑体，所述第一电极设置在压电材料的正面，所述第二电极设置在压电材料的背面，所述导电支撑设置第二电极的背面，其中，所述第二电极的正面被压电材料完全挡住，且背面也被导电支撑体完全挡住；
[0022]一根导线的一端连接在导电支撑体上，另一导线的一端连接在探头上，两根导线的另一端分别连接在信号处理模块，当探头接触第一电极时，探头、压电膜和信号处理模块
形成导电回路。
[0023]作为上述方案的改进，将探头轻微接触压电膜样品，采集压电膜样品实时的压力信号为F
1a
、电压信号为V
1a
；
[0024]通过探头对压电膜样品施加预压力设F1，采集压电膜样品实时的压力信号为F
1b
、电压信号为V
1b
；
[0025]再次恢复探头与压电膜样品的轻微接触状态，采集压电膜样品实时的压力信号为F
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电膜压电系数的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集压电膜样品在第一状态时的压力信号和电压信号，其中，当施力单元靠近或轻微接触压电膜样品时，该状态为第一状态；S2、采集压电膜样品在第二状态时的压力信号和电压信号，其中，当施力单元对压电膜样品施加预设压力时，该状态为第二状态；S3、至少重复步骤S1和步骤S2一次；S4、根据两种状态下的压力差和电压差，获得压电膜样品的压电系数。2.如权利要求1所述的压电膜压电系数的检测方法，其特征在于，采用测量装置来检测所述压电膜样品，所述测量装置包括施力单元、移动检测单元和信号处理单元；所述移动检测单元与施力单元连接，并可带动施力单元移动；所述信号处理单元与压电膜样品连接，用于采集压电膜样品的电压信号；所述信号处理单元与移动检测单元连接，用于控制移动检测单元的移动。3.如权利要求2所述的压电膜压电系数的检测方法，其特征在于，所述施力单元包括探头、弹性件和力传感器，所述弹性件连接在探头和移动检测单元之间，所述力传感器连接在探头和移动检测单元上，用于检测探头对压电膜样品施加的压力值，并将实测的压力信号传输给信号处理单元。4.如权利要求3所述的压电膜压电系数的检测方法，其特征在于，所述移动检测单元包括驱动模块和可移动模块，所述信号处理单元包括控制模块和信号处理模块，所述弹性件连接在探头和可移动模块之间，所述力传感器连接在探头和可移动模块上，所述驱动模块通过传动杆与可移动模块连接，所述信号处理模块通过导线或探针与压电膜样品形成导电回路，用于采集压电膜样品的电压信号。5.如权利要求4所述的压电膜压电系数的检测方法，其特征在于，所述压电膜样品包括压电材料、第一电极和第二电极，所述第一电极设置在压电材料的正面，所述第二电极设置在压电材料的背面，其中，部分第二电极的正面裸露出来；两根导线的一端分别连接在压电膜样品的第一电极和第二电极，两根导线的另一端分别连接在信号处理模块上，所述压电膜样品与信号处理模块形成导电回路。6.如权利要求4所述的压电膜压电系数的检测方法，其特征在于，所述压电膜样品包括压电材料、第一电极、第二电极和衬底，所述第一电极设置在压电材料的正面，所述第二电极设置在压电材料的背面，所述衬底设置第二电极的背面，其中，部分第二电极的正面裸露出来；两根导线的一端分别连接在压电膜样品的第一电极和第二电极，两根导线的另一端分别连接在信号处理模块上，所述压电膜样品与信号处理模块形成导电回路。7.如权利要求4所述的压电膜压电系数的检测方法，其特征在于，所述压电膜样品包括压电材料、第一电极、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈显锋，
申请(专利权)人：佛山市卓膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：