[實用新型]電致伸縮材料驅動力特性的電容法測試裝置

無效

• 申請號: 200720046545.1
• 申請日: 2007-10-26
• 公開（公告）號: CN201081720Y
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 李建清;吳劍鋒;林保平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24;G01B7/16;G01L1/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術領域：

本實用新型涉及電致伸縮材料微應變、微驅動力測試裝置，尤其涉及一種電致伸縮材料特性的電容法測試裝置。

背景技術

線位移或應變測試應用中非光學方法按原理分有劃線電阻法(10^-2-20mm)、應變電阻法(10^-4-10²mm)、電容法(10^-4-10mm)、感應同步法(10^-3-10²mm)、差動電感法(10^-4-10^-1mm)等，其有不同測量速度、范圍和精度，如劃線電阻法為保證電阻的可靠接觸僅適合于低速場合，差動電感法具有較高測量精度但測量范圍有限，應變電阻法需要被測對象有較大的驅動能力。

電致伸縮材料需要同時有微形變和一定的驅動力，而傳統測試只能測試自由態電致伸縮材料的電致伸縮系數，對于在受力負載情況下的電致伸縮系數及其驅動力的研究甚少，所以有必要對電致伸縮材料的驅動力性能進一步展開研究。驅動力性能研究中很重要的一環就是微力測量，微力測量通常采用MEMS器件來完成，也有采用光纖傳感器、天平等方法來完成。

電容法和差動變壓器法將微形變測量轉化為電量測量，都需要與被測表面接觸屬接觸法測量。電容法具有響應速度快、靈敏度高、抗噪聲能力強等優點，同時還具有較大的測量范圍和較高測量精度適合于電致伸縮材料微應變測量，為材料電致伸縮特性測試提供了可靠的途徑。

電容式傳感器是傳感器中非常重要的一類，其將被測非電量的變化轉換為電容量變化，通過檢測電容量的變化來獲得被測量變化，具有結構簡單、高分辨力、可非接觸測量、成本低、響應速度快、靈敏度高、抗噪聲能力強等優點，并能在高溫、輻射和強烈振動等惡劣條件下工作，廣泛應用于壓力、濕度、固體水分含量、觸覺、信息融合成像、微位移、物位、加速度等傳感量的檢測。微力測量時可將微力產生的微位移轉化為微電容變化，從而通過測量微電容來測量微力。

實用新型內容

本實用新型的目的是提出一種結構簡單、測試過程便于操作的一種電致伸縮材料特性的電容法測試裝置，通過該裝置能直接測量出被測電致伸縮材料的微應變特性、微驅動力特性。

本實用新型采用如下技術方案：

包括基座1和支撐架12，支撐架12設在基座1上，其特征在于在支撐架12上設有定勵磁線圈9，在定磁線圈9的端面上設有電容定極板10，在基座1上設有可調高壓源3，可調高壓源3的兩端分別連接有負、正極板4、5，該二極板5、6間用于放置待測電致伸縮材料，其中的一塊極板與三維微位移臺2相接觸，在與其中的另一塊極板連接的支撐件7上設有動勵磁線圈8，在動勵磁線圈8的端面上設有電容動極板11，上述電容定極板10與電容動極板11相面對。

本實用新型提出了電容法電致伸縮材料特性測試裝置，該裝置通過電容法檢測電致伸縮材料在高電場強度下的產生微小應變導致的微位移，通過電磁線圈加載電磁力或產生平衡驅動力。微電容檢測采用了開關型微弱電容檢測電路，該電路成本低，同時還可消除較被測電容大很多的對地寄生電容對測量結果的影響。

電致伸縮材料驅動力特性的電容法測試裝置總體包括可調高壓電源、固定基座、三維微位移臺、高壓正負極板、被測對象薄膜、勵磁線圈組、微位移傳感電容及其測試控制電路。系統工作時，高壓電源將強電場加載在待測薄膜上，薄膜產生應變，微位移傳感電容測量出對應的微位移；在進行材料受力負載情況下地電致伸縮系數研究時通過驅動線圈產生力負載；研究材料驅動力時，用驅動線圈抵消強電場產生的微位移或產生等效微位移間接測量材料的驅動力，將電致伸縮材料作為彈性體時微位移傳感電容同時可以作為力傳感器使用。

整個測試裝置置于一個抗振平臺上以消除振動對測試結果的影響。裝置中包括了一個三維微位移臺以方便測試中的傳感電容微調，同時該微位移臺也適用于微電容及微位移的校準和標定。

與現有技術相比，本實用新型具有如下優點：

1.本實用新型機械結構簡單易行；

2.采用的微位移開關型微弱電容檢測電路，該電路成本低，同時還可消除較被測電容大很多的對地寄生電容對測量結果的影響；

3.采用測試原理可以測量電致伸縮材料在一定壓力下電場-電致伸縮應變曲線，等效驅動力特性和平衡驅動力特性。

附圖說明：