[發(fā)明專利]一種鐵電材料電滯回線的測量裝置及測量方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710018678.2
• 申請日: 2007-09-17
• 公開（公告）號: CN101158712A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 羅平生;王亦春;王曉莉;徐華;陸彬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;G01R33/14;G01R19/00;G01R19/08;G01R29/12;G01R27/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 劉國智

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種鐵電材料電滯回線測量裝置及測量方法。

背景技術(shù)

電滯回線是鐵電體的重要特征和基本判據(jù)。Sawyer-Tower電路(見圖1)是目前最為廣泛使用的電滯回線測試電路，在以此為基礎的電滯回線測量方法中，測試樣品與采樣電容C₀串聯(lián)，采樣電容C₀相當于一個積分器的作用，流過試樣的電流在其上積分形成電荷，經(jīng)過示波器顯示電壓U₀與激勵電壓U_drv的關(guān)系曲線就是電滯回線極化強度P與電場強度E的關(guān)系曲線。由于鐵電材料中的漏導R_x、介電損耗和線性電容C_x等效應，在低頻下測量電滯回線時，采樣電容C₀上的漏導會影響測量數(shù)據(jù)的準確性，使得測量得到的電滯回線中含有非鐵電極化的信息，不能完全真實地反映鐵電材料中實際自發(fā)極化的本質(zhì)。對于弛豫型鐵電體和絕緣電阻不是很高的鐵電材料，這類現(xiàn)象尤為突出?，F(xiàn)有商業(yè)化的兩種電滯回線測量系統(tǒng)(美國Radiant公司的PreciseWorkstation和德國aixACT公司的TF-ANALY2ER?2000)不具有消除上述非鐵電極化信號的功能。有研究者利用計算機技術(shù)對電滯回線實驗曲線進行軟件補償，達到消除電損耗的影響。如發(fā)明專利CN?86107714和發(fā)明專利CN?1888923公開的方法。在這些方法中，用于電滯回線補償?shù)年P(guān)鍵參數(shù)的選取缺少物理機理做依托，主要依靠主觀判斷，因此缺乏客觀標準。

此外，鐵電材料是非線性電介質(zhì)，介電常數(shù)與測量條件密切相關(guān)。例如，在恒定強偏置電場下再施加一個小交變訊號測得的介電常數(shù)只有可逆極化響應的貢獻，稱為可逆介電常數(shù)；由電滯回線各點斜率得到的介電常數(shù)是微分介電常數(shù)，它既含有可逆極化響應過程，又含有不可逆極化響應過程。目前，可逆介電常數(shù)一般采用LCR(電感、電容、電阻)測試儀測量加有恒定強偏置電場試樣的電容來得到。由于測量方法和使用設備的差別，上述現(xiàn)有技術(shù)無法將由P-E得到的微分介電常數(shù)和用LCR儀得到的可逆介電常數(shù)進行定量的對比分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于電流采樣電路的測量裝置和測量方法，使測量系統(tǒng)除了具有測量P-E關(guān)系的功能外，還具備可將所測量得到的電流信號分離為線性極化、非線性極化和電損耗(包括漏導和介電損耗)三部分，進而得到被測電介質(zhì)材料真實自發(fā)極化和感應極化與場強關(guān)系的功能；進一步的，通過本發(fā)明的方法，可在一恒定強偏置電場下再疊加一小交變電場的激勵信號，同步采集被測樣品的極化強度發(fā)生相應變化的信息而得到可逆介電常數(shù)。

為了達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種鐵電材料電滯回線測量裝置，包括數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡中設有A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器，所述的D/A轉(zhuǎn)換器的輸入連接計算機處理單元中的信號源，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出連接一個高壓放大器；所述的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入連接一個信號調(diào)理模塊，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出連接計算機處理單元中的數(shù)據(jù)分析與處理器；所述的信號調(diào)理模塊和高壓放大器連接采樣電路，其特征在于，所述的采樣電路包括一個與測試樣品連接的采樣電阻R₀，高壓放大器輸入給測試樣品一個激勵電壓，通過該采樣電阻R₀，將測試樣品的輸出信號連接至信號調(diào)理模塊，所述的測試樣品在采樣電路中等效為漏導電阻R_x、非線性極化電容C_s和線性極化電容C_x的并聯(lián)。

上述方案中，所述的采樣電阻R₀為可調(diào)線性電阻，且并聯(lián)有一個瞬態(tài)抑制二極管，并通過一個運算放大器連接信號調(diào)理模塊。

一種基于上述裝置的鐵電材料電滯回線的測量方法，包括下述步驟：

a.電滯回線測量，將計算機處理單元產(chǎn)生的模擬輸出信號通過信號源經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡的D/A轉(zhuǎn)換器接入高電壓放大器的輸入端，高壓放大器輸出的激勵電壓U_i加在測試樣品和采樣電阻上，將采集到的電流信號通過運算放大器輸入至信號調(diào)理模塊，再通過數(shù)據(jù)采集卡的A/D轉(zhuǎn)換器返回到計算機中的數(shù)據(jù)分析與處理器，對采集測量數(shù)據(jù)過濾、分析、處理后進行數(shù)據(jù)存儲與顯示；

b.在采集測量數(shù)據(jù)中分離出線性極化、非線性極化和電損耗，對鐵電材料電流的電滯回線補償：