[發明專利]帶有溫控和過載模擬系統的PZT放電性能測試裝置

有效

• 申請號: 202010368100.5
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111562470B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 王睿智;楊國來;徐鳳杰;孫全兆
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發明公開了一種帶有溫控和過載模擬系統的PZT放電性能測試裝置，包括溫控裝置、殼體、設置在可以內的支架、基板、絕緣緩沖裝置、薄膜壓力傳感器、電極被測PZT、絕緣層、擠壓板、擠壓裝置、計算機處理系統；支架固定在殼體內；支架上設有基板，用于支撐絕緣緩沖裝置；被測PZT兩端分別設有電極；絕緣緩沖裝置與一電極之間設有薄膜壓力傳感器；另一電極與擠壓板之間設有絕緣層；擠壓裝置推動擠壓板的直線移動；溫控裝置用于溫度控制，溫控裝置、薄膜壓力傳感器將采集中的數據傳輸給計算機處理系統；本發明可以測得不同溫度、不同過載、不同應力持續時間下不同壓電陶瓷的應力隨時間變化曲線、電壓隨時間變化曲線、電位移隨時間變化曲線。

技術領域

本發明屬于PZT性能測試領域，特別是一種帶有溫控和過載模擬系統的PZT放電性能測試裝置。

背景技術

由于鋯鈦酸鉛(PZT)優良的力電轉換特性，以及長儲性好、可靠性高的特點，被廣泛應用于傳感器、制動器和智能彈藥引信中。PZT在傳感器和引信中的應用方式主要為：利用質量塊在加速度下的過載力結合壓電陶瓷的壓電效應實現力-電轉換。例如，典型的壓電加速度傳感器主要由壓電片、慣性質量塊、預壓彈簧、底座、電輸出模塊和殼體構成。無論是傳感器、制動器還是壓電引信，其工作原理都是基于PZT的正壓電效應。即在受到壓力作用時，材料內部正負電荷向兩極移動，在外電路中形成感應電流。另外，壓電陶瓷還是熱釋電材料，環境溫度的改變將對材料的電輸出特性產生影響。

目前，對于PZT的放電性能的評估一般以基于壓電方程的計算為主。即利用準靜態d33測試儀測量壓電材料的準靜態壓電電壓常數，隨后通過壓電方程可以計算出PZT的輸出電位移，其為壓電常數與應力的乘積。這種方法操作簡單，在低應力及常溫下可靠性較高，但缺點在于，沒有考慮環境溫度對材料電輸出特性的影響；并且，傳統的壓電方程僅適用于低應力下的力-電關系，當應力較高時，應力與電位移間將失去線性關系，基于壓電方程計算得到的結果將失效。在過載模擬系統方面，目前國內的模擬方式是利用霍普金森壓桿技術或者馬希特落錘裝置模擬過載過程。但這兩種方式在應力持續時間上與實際過載力相差巨大，現有的模擬裝置無法滿足實驗需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種帶有溫控和過載模擬系統的PZT放電性能測試裝置，以解決壓電材料在不同溫度和高過載下的電輸出特性無法實驗評估的問題。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種帶有溫控和過載模擬系統的PZT放電性能測試裝置，包括溫控裝置、殼體、設置在殼體內的支架、基板、絕緣緩沖裝置、薄膜壓力傳感器、第一電極、第二電極、被測PZT、絕緣層、擠壓板、擠壓裝置、計算機處理系統；

所述支架固定在殼體內；所述支架上設有基板，用于支撐絕緣緩沖裝置；所述被測PZT兩端分別設有第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極與被測PZT之間用導電膠連接；所述絕緣緩沖裝置與第一電極之間設有薄膜壓力傳感器，用于采集測試過程的電壓信號；所述第二電極與擠壓板之間設有絕緣層；所述擠壓板下端與直線滑軌的滑塊相連；所述擠壓裝置用于推動擠壓板的直線移動；所述溫控裝置用于對殼體內的溫度進行控制，所述溫控裝置、薄膜壓力傳感器、第一電極和第二電極通過導線與數據采集卡相連，將采集中的數據通過數據采集卡傳輸給計算機處理系統；所述計算機處理系統對數據進行處理，得到測試過載及控制溫度下被測PZT的輸出電壓曲線、應力時間曲線、電位移時間曲線并轉換成壓電陶瓷器件受到的過載。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：

(1)本發明的測試裝置，可同時測得溫度信號、壓力信號、電壓信號和電位移信號，有利于對PZT的壓電性能進行全面分析，可進一步研究各種壓電材料在不同溫度、不同過載、不同應力持續時間下不同壓電陶瓷的電輸出特性。

(2)本發明的溫控裝置既設有加溫裝置，也設有降溫裝置，可對殼體內的溫度進行升溫和降溫處理，可進行具有較寬范圍的環境溫度模擬。