本发明专利技术涉及一种压电测量装置，包括主控模块、信号输入模块、驱动波形生成模块和锁相环模块；信号输入模块，用于采集动态力传感信号并传输至锁相环模块和主控模块；驱动波形生成模块，用于根据主控模块的振荡驱动指令产生驱动波形信号，并传输至锁相环模块和外设的振荡驱动接口；锁相环模块，用于实时检测动态力传感信号和驱动波形信号之间的相位差，并锁定相位差，以输出动态相位调整信号至主控模块；主控模块，还用于根据动态相位调整信号对动态力传感信号进行调整，基于调整后的动态力传感信号采样值，计算并输出待测压电样品的压电常数。本发明专利技术能够避免信号干扰，有效提高压电测量精度。量精度。量精度。
【技术实现步骤摘要】
一种压电测量装置
[0001]本申请涉及压电测量
，尤其是涉及一种基于锁相环技术的压电测量装置。
技术介绍
[0002]随着智能制造先进技术的发展，对高性能的电子材料和关键功能器件的研发日益重要，其中，压电材料是实现机
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电能量转换和耦合的重要功能材料，在航空航天、能源、先进制造、医疗系统和武器装备等领域有着广泛的应用。然而在研发和应用过程中，对压电材料的性能测试显得尤为重要。
[0003]根据压电效应，对压电材料施加压力则产生电位差，称之为正压电效应；反之施加电压则产生机械应力，称之为逆压电效应。压电常数是压电体将机械能转变为电能或将电能转变为机械能的转换系数，反映压电材料弹性(机械)性能与介电性能之间的耦合关系。压电常数可分为三类，即纵向压电常数(如d33、d11、d22)，横向压电常数(如d31、d32)，切向压电常数(如d15、d24、d36等)。
[0004]现有基于准静态法的压电测量仪，一般采用静态力和动态力，可以分别单独驱动，静态力是由主控板驱动步进电机提供，动态力是由振荡器产生，这样动态力和静态力可同时实现全量程加载，在压电测试过程中，测试精度受信号干扰等多种因素影响，尤其针对压电效应较弱的样品，采集的压电信号弱，噪声干扰往往导致其测试精度往往偏低，因此，本专利技术人认为现有压电测量设备由于信号干扰导致测试精度偏低的问题还有待进一步解决。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本申请提供一种压电测量装置，用以解决现有由于信号干扰导致测试精度偏低的技术问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种压电测量装置，包括：主控模块、信号输入模块、驱动波形生成模块和锁相环模块；所述主控模块与所述驱动波形生成模块电连接，所述信号输入模块与所述驱动波形生成模块电连接，所述信号输入模块与所述锁相环模块电连接，所述锁相环模块与所述主控模块电连接，
[0007]所述信号输入模块，用于采集动态力传感信号并传输至锁相环模块和主控模块；
[0008]所述驱动波形生成模块，用于根据所述主控模块的振荡驱动指令产生驱动波形信号，并传输至锁相环模块和外设的振荡驱动接口；
[0009]所述锁相环模块，用于实时检测所述动态力传感信号和驱动波形信号之间的相位差，并锁定相位差，以输出动态相位调整信号至主控模块；
[0010]所述主控模块，用于输出驱动指令至所述驱动波形生成模块，还用于根据动态相位调整信号对动态力传感信号进行调整，基于调整后的动态力传感信号采样值，计算并输出待测压电样品的压电常数。
[0011]可选的，所述信号输入模块，还用于采集静态力传感信号并传输至锁相环模块和
主控模块；
[0012]所述锁相环模块，还用于实时检测所述静态力传感信号和驱动波形信号之间的相位差，并锁定相位差，以输出静态相位调整信号至主控模块；
[0013]所述主控模块，还用于根据静态相位调整信号对静态力传感信号进行调整，基于调整后的静态力传感信号采样值以及预设的静态夹持力，确定待测压电样品是否夹紧，以输出静态力调整指令至外设的步进驱动接口。
[0014]可选的，所述锁相环模块包括动态锁相环电路，所述动态锁相环电路分别与所述驱动波形生成模块、所述信号输入模块电连接；
[0015]所述动态锁相环电路包括动态环路芯片U21、电阻R131、电阻R134以及电容C115；
[0016]所述动态环路芯片U21的端口SIGIN通过C115连接所述波形发生电路的输出端，端口VCOIN通过所述电阻R131连接所述信号输入模块的输出端，端口DEMOUT通过电阻R134输出动态力传感信号的相位调整信号。
[0017]可选的，所述锁相环模块还包括静态锁相环电路，所述静态锁相环电路分别与所述驱动波形生成模块、所述信号输入模块电连接；
[0018]所述静态锁相环电路包括静态环路芯片U20、电阻R122、电阻R125以及电容C111；
[0019]所述静态环路芯片U20的端口SIGIN通过电容C111连接所述波形发生电路的输出端，端口VCOIN通过所述电阻R122连接所述信号输入模块的输出端，端口DEMOUT通过电阻R125输出静态力传感信号的相位调整信号。
[0020]可选的，所述驱动波形信号包括正弦波信号或余弦波信号。
[0021]可选的，所述主控模块包括主控板和微控单元，所述微控单元与主控板电连接，所述微控单元还分别与信号输入模块、锁相环模块、驱动波形生成模块电连接；
[0022]所述主控板，用于输出振荡驱动指令至微控单元；
[0023]所述微控单元，用于将驱动指令传输至驱动波形生成模块；所述微控单元，还用于获取所述信号输入模块传入的动、静态力传感信号以及对应的相位调整信号，并传输至所述主控板；
[0024]所述主控板，还用于根据动态力传感信号以及对应的相位调整信号，计算并输出待测压电样品的压电常数，根据静态力传感信号以及对应的相位调整信号，确定待测压电样品是否夹紧。
[0025]可选的，所述驱动波形生成模块包括波形发生电路和波形控制电路；所述波形发生电路与波形控制电路电连接；所述波形发生电路还与微控单元电连接；所述波形发生电路的输出端与所述锁相环模块电连接；所述波形控制电路还与所述微控单元电连接，所述波形控制电路的输出端连接外设的振荡驱动接口；
[0026]所述波形发生电路，用于根据微控单元的使能指令，生成对应的波形并放大输出驱动波形信号，并将所述驱动波形信号传输至波形控制电路；所述波形发生电路，还用于将驱动波形信号传输至所述锁相环模块；
[0027]所述波形控制电路，用于根据所述微控单元的波形调节指令，调节驱动波形的大小，并将调节后的驱动波形信号输出至外设的振荡驱动接口。
[0028]可选的，所述波形发生电路包括波形发生器U14、电容C98、电阻R97、电阻R98、电阻R99以及运放芯片U15B；
[0029]所述波形发生器U14的使能指令输入端连接所述微控单元，电压输出端通过电容C98、电阻R97连接至运放芯片U15B的同相输入端；所述运放芯片U15B的反相输入端通过电阻R98接地，通过电阻R99连接至运放芯片U15B的输出端，所述运放芯片U15B的输出端连接锁相环模块和波形控制电路。
[0030]可选的，所述波形控制电路包括数字点位器U16、电阻R102、电阻R103、电阻R104、电阻R119、电容C101以及运放芯片U17A；
[0031]所述数字点位器U16的VH端通过电阻R119连接至所述运放芯片U15B的输出端，所述数字点位器U16的Vw端通过电阻R102连接至运放芯片U17A的同相输入端，所述数字点位器U16的/INC端和U/LD端均连接所述微控单元；所述电阻R103、电阻R104串联连接的一端连接至运放芯片U17A的输出端，另一端连接至电源；所述运放芯片U17A的反相输入端接入电阻R103、电阻R104之间的串联连接点；所述运本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种压电测量装置，其特征在于，包括：主控模块、信号输入模块、驱动波形生成模块和锁相环模块；所述主控模块与所述驱动波形生成模块电连接，所述信号输入模块与所述驱动波形生成模块电连接，所述信号输入模块与所述锁相环模块电连接，所述锁相环模块与所述主控模块电连接，所述信号输入模块，用于采集动态力传感信号并传输至锁相环模块和主控模块；所述驱动波形生成模块，用于根据所述主控模块的振荡驱动指令产生驱动波形信号，并传输至锁相环模块和外设的振荡驱动接口；所述锁相环模块，用于实时检测所述动态力传感信号和驱动波形信号之间的相位差，并锁定相位差，以输出动态相位调整信号至主控模块；所述主控模块，用于输出驱动指令至所述驱动波形生成模块，还用于根据动态相位调整信号对动态力传感信号进行调整，基于调整后的动态力传感信号采样值，计算并输出待测压电样品的压电常数。2.根据权利要求1所述的压电测量装置，其特征在于，所述信号输入模块，还用于采集静态力传感信号并传输至锁相环模块和主控模块；所述锁相环模块，还用于实时检测所述静态力传感信号和驱动波形信号之间的相位差，并锁定相位差，以输出静态相位调整信号至主控模块；所述主控模块，还用于根据静态相位调整信号对静态力传感信号进行调整，基于调整后的静态力传感信号采样值以及预设的静态夹持力，确定待测压电样品是否夹紧，以输出静态力调整指令至外设的步进驱动接口。3.根据权利要求1所述的压电测量装置，其特征在于，所述锁相环模块包括动态锁相环电路，所述动态锁相环电路分别与所述驱动波形生成模块、所述信号输入模块电连接；所述动态锁相环电路包括动态环路芯片U21、电阻R131、电阻R134以及电容C115；所述动态环路芯片U21的端口SIGIN通过C115连接所述波形发生电路的输出端，端口VCOIN通过所述电阻R131连接所述信号输入模块的输出端，端口DEMOUT通过电阻R134输出动态力传感信号的相位调整信号。4.根据权利要求3所述的压电测量装置，其特征在于，所述锁相环模块还包括静态锁相环电路，所述静态锁相环电路分别与所述驱动波形生成模块、所述信号输入模块电连接；所述静态锁相环电路包括静态环路芯片U20、电阻R122、电阻R125以及电容C111；所述静态环路芯片U20的端口SIGIN通过电容C111连接所述波形发生电路的输出端，端口VCOIN通过所述电阻R122连接所述信号输入模块的输出端，端口DEMOUT通过电阻R125输出静态力传感信号的相位调整信号。5.根据权利要求1所述的压电测量装置，其特征在于，所述驱动波形信号包括正弦波信号或余弦波信号。6.根据权利要求2所述的压电测量装置，其特征在于，所述主控模块包括主控板和微控单元，所述微控单元与主控板电连接，所述微控单元还分别与信号输入模块、锁相环模块、驱动波形生成模块电连接；所述主控板，用于输出振荡驱动指令至微控单元；所述微控单...
【专利技术属性】
技术研发人员：方辉，
申请(专利权)人：武汉佰力博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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