[發(fā)明專利]線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測(cè)量電致伸縮系數(shù)的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410206043.5
• 申請(qǐng)日: 2014-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN103954591A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李彥超;甄佳奇;楊九如;冉玲苓;高揚(yáng);楊瑞海;杜軍;丁群;王春暉;馬立峰;于偉波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張利明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測(cè)量電致伸縮系數(shù)的裝置及方法，屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在所有涉及自動(dòng)控制的機(jī)電系統(tǒng)和器件中，驅(qū)動(dòng)器常被認(rèn)為是限制其性能和壽命的最為關(guān)鍵的因素之一，而在眾多的驅(qū)動(dòng)器類型中，壓電/電致伸縮驅(qū)動(dòng)器因其響應(yīng)快、承載力高、能耗低和價(jià)格低等特點(diǎn)而備受關(guān)注。目前，壓電/電致伸縮驅(qū)動(dòng)器已成功地應(yīng)用在激光器諧振腔、精密定位、精密加工、智能結(jié)構(gòu)、生物工程、航空航天、電子通訊、汽車工業(yè)、機(jī)器人關(guān)節(jié)、醫(yī)療器械等眾多技術(shù)領(lǐng)域，并正在形成一個(gè)潛力巨大的產(chǎn)業(yè)。因此，對(duì)于壓電/電致伸縮新材料、新工藝及驅(qū)動(dòng)器新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用已受到日益廣泛的重視。在自然界中，大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，然而大多數(shù)晶體的壓電效應(yīng)很微弱，沒有實(shí)用價(jià)值。石英是晶體中性能良好的壓電材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工制造的壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛PZT等多晶壓電材料相繼問世，且應(yīng)用越來越廣泛。

壓電晶體的電致伸縮系數(shù)反映了材料本身的屬性，測(cè)量材料的電致伸縮系數(shù)，不僅對(duì)新材料的研制具有重要意義，而且也是選用材料的重要指標(biāo)之一。目前，測(cè)定電致伸縮系數(shù)的方法主要有激光干涉法、光杠桿法、電容法、電渦流法^]和數(shù)字散斑相關(guān)法]等。但是每種方法都存在自身的缺點(diǎn)，因此精度無法再提高，不能夠滿足目前高精度測(cè)量的要求。

在光學(xué)測(cè)量法中，激光外差測(cè)量技術(shù)由于具有高的空間和時(shí)間分辨率、測(cè)量速度快、精度高、線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、重復(fù)性好和測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)而備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注，激光外差測(cè)量技術(shù)繼承了激光外差技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前超高精度測(cè)量方法之一。該方法已成為現(xiàn)代超精密檢測(cè)及測(cè)量?jī)x器的標(biāo)志性技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于超精密測(cè)量、檢測(cè)、加工設(shè)備、激光雷達(dá)系統(tǒng)等。

具有壓電效應(yīng)的物體稱為壓電體，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)具有壓電特性的多種物體，其中有單晶、多晶，如多晶陶瓷，及某些非晶固體，選用圓管形的壓電陶瓷作為待測(cè)樣品，其外形和結(jié)構(gòu)如圖5所示。它由鋯鈦酸鉛PZT制成，圓管的內(nèi)外表面鍍銀，作為電極，接上引出導(dǎo)線，就可對(duì)其施外加電壓，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)在它的外表面加上電壓，并且內(nèi)表面接地時(shí)，圓管伸長(zhǎng)，反之，加負(fù)電壓時(shí)，圓管縮短。

用E表示圓管內(nèi)外表面加上電壓后，在內(nèi)外表面間形成的徑向電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，用ε表示圓管軸向的應(yīng)變，α表示壓電陶瓷在準(zhǔn)線性區(qū)域內(nèi)的電致伸縮系數(shù)，則：

ε＝αE；

若圓管的長(zhǎng)度為l，加在其內(nèi)外表面的電壓為U，加電壓后的長(zhǎng)度增量為Δl，圓管的壁厚為d₀(均以mm為單位)，則按上式有：

Δll=αUd0,]]>

對(duì)上式變形可以得到：

α=Δld0lU;]]>

在電致伸縮系數(shù)α的表達(dá)式中，d₀和l可以用游標(biāo)卡尺直接測(cè)量，電壓U可以由數(shù)字電壓表讀出，由于所加的電壓變化時(shí)，圓管的變化量Δl很小，無法用常規(guī)的長(zhǎng)度測(cè)量方法解決，所以需要采用高精度的測(cè)量法來測(cè)量電致伸縮系數(shù)這一微小量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決壓電陶瓷管在內(nèi)外表面施加電壓時(shí)產(chǎn)生的軸向長(zhǎng)度變化量很微小，常規(guī)測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果精度低的問題，提供了一種線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測(cè)量電致伸縮系數(shù)的裝置及方法。

本發(fā)明所述線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測(cè)量電致伸縮系數(shù)的裝置，它包括待測(cè)壓電陶瓷管，它還包括線性調(diào)頻激光器、第一平面反射鏡、薄玻璃板、第二平面反射鏡、二維調(diào)整架、會(huì)聚透鏡、光電探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)，

第二平面反射鏡與待測(cè)壓電陶瓷管的一端粘接固定，待測(cè)壓電陶瓷管的另一端固定在二維調(diào)整架上，待測(cè)壓電陶瓷管的另一端具有電源連接線，二維調(diào)整架的位置為固定；