[发明专利]一种压电复合材料智能极化系统及方法

权利要求书

1.一种压电复合材料智能极化系统，其特征在于：包括极化装置、检测装置；其中，所述极化装置包括底板单元、盖板单元、压块，所述底板单元包括印刷电路板、导电橡胶条、导电橡胶条固定槽；所述盖板单元包括盖板、螺旋微调单元、真空抽气单元、电阻式加热薄膜、薄膜温度传感器；所述检测装置包括微处理器、信号放大单元、高压放大单元、晶闸管切换单元、采集卡槽、数码显示屏。

2.如权利要求1所述的压电复合材料智能极化装置，其特征在于：所述印刷电路板上开有四个滑槽，滑槽一侧标有刻度，所述导电橡胶条固定槽上设有相应的螺钉孔，通过紧定螺钉定位和固定；所述导电橡胶条置于所述导电橡胶套固定槽中。

3.如权利要求1所述的压电复合材料智能极化装置，其特征在于，所述印刷电路板正面镀有叉指电极，以印刷电路板的中轴线分为两块区域对称布置叉指电极，将区域A1的所有正电极引线至印刷电路板一侧，标有“+”极，将区域A2的所有负电极引线至印刷电路板一侧，标有“-”极，形成印刷电路板的接线端；并可通过紧定螺钉在滑槽上调节导电橡胶条固定槽间距。

4.如权利要求1所述的压电复合材料智能极化装置，其特征在于：所述螺旋微调单元粘接于盖板正面，盖板的四个定位销孔周围镀铜，印刷电路板的四个定位销孔周围也镀铜，薄膜温度传感器、电阻式加热薄膜通过盖板上的四个定位销周围的镀铜区电极、紫铜弹簧导通至印刷电路板的测温电极和加热电极。

5.如权利要求1所述的压电复合材料智能极化装置，其特征在于：所述导电橡胶条由等尺寸的导电橡胶和绝缘橡胶交替分层叠加后再硫化成型，其中，导电橡胶中的导电颗粒选择选用粒径5000目及以上的石墨颗粒；单层导电橡胶在叠加方向的厚度应满足：①极化电压与单层导电橡胶叠加方向厚度的比值不大于20；②压电复合材料中间电极在极化方向的表面宽度与单层导电橡胶叠加方向厚度相同；③印刷电路板上表面单叉指电极在极化方向的宽度与单层导电橡胶叠加方向厚度比值不小于3并成整数倍关系。

6.如权利要求4所述的压电复合材料智能极化装置，其特征在于：，所述盖板为壳体结构，材质为亚克力板，正面留有数个气孔，侧面留有一个气门，真空抽气单元与气门连接；盖板上粘贴掩膜，将超出压电材料尺寸范围的气孔堵住，盖板上粘贴薄膜温度传感器，薄膜温度传感器上粘贴电阻式加热薄膜；电阻式加热薄膜与薄膜温度传感器上均留有数个气孔与盖板的气孔连通。

7.如权利要求5所述的压电复合材料智能极化装置，其特征在于：所述检测装置中温度传感单元即薄膜温度传感器布置在盖板上，信号放大单元、高压放大单元分别与晶闸管切换单元相连接，晶闸管切换单元、薄膜温度传感器与微处理器相连。

8.如权利要求1所述的压电复合材料智能极化装置，其特征在于：所述采集卡槽在检测电极连接状态时与底板检测阵列电极相连。

9.如权利要求1-8中任一权利要求所述的压电复合材料智能极化系统的压电复合材料极化方法，包括如下步骤：

1）装配：测量压电复合材料尺寸，对称调节导电橡胶条固定槽使其与压电复合材料宽度保持一致后通过螺栓平行安装于印刷电路板，将导电橡胶条置于导电橡胶条固定槽中；裁剪合适的掩膜粘贴在盖板的正面，将超出压电材料尺寸范围的气孔堵住，将薄膜温度传感器粘贴到盖板上，将电阻式加热薄膜粘贴到薄膜温度传感器上，将压电复合材料置于盖板上，与电阻式加热薄膜接触；调节螺旋微调结构预紧压电复合材料，将真空抽气装置连接到盖板的气门开始抽气，使其成负压状态，再次调节螺旋微调结构进行微调，将盖板与底板通过带螺纹的定位销、紫铜弹簧进行连接，定位销上套有紫铜弹簧，将压块放置在盖板上压紧，调节螺旋微调结构进行微调，使其与压电复合材料侧面紧密接触；

2）检查负电极连接：将印刷电路板的负极检测指型电极阵列插入检测卡槽中；启动检测装置，控制晶闸管切换单元断开正负电极与高压放大器的连接，将晶闸管切换单元与检测电路连通，检测电路首先检测印刷电路板正负电极是否处于正常的开路状态，如果处于开路，则检测电路对极化装置中压电复合材料与印刷电路板叉指电极负极部分的连接情况进行自检，由控制器中微处理器控制IO口对叉指电极的负极输出高电平，再通过负极检测指型电极阵列反馈给微处理器IO口的电平情况计算得出压电复合材料中负电极的连接数量N1；

3）检查正电极连接：启动控制器中的检测电路，检测电路首先检测印刷电路板正负电极是否处于正常的开路状态，如果处于开路，则检测电路对极化装置中压电复合材料与印刷电路板叉指电极正极部分的连接情况进行自检，由控制器中微处理器控制IO口对叉指电极的正极输出高电平，再通过正极检测指型电极阵列反馈给微处理器IO口的电平情况计算得出压电复合材料中正电极的连接数量N2；

4）确定连接情况：如控制器中的微处理器计算|N1 - N2|≤1，则说明压电复合材料结构完整，与极化装置连接正常，否则，说明压电复合材料结构可能存在缺陷或压电复合材料与极化装置并未完全连接，某些电极处于悬空状态，需要重新装配；

5）极化风险测试：确定压电复合材料与极化装置连接正常后，检测装置启动极化模式，控制晶闸管切换单元断开与检测电路的连接，将压电复合材料正负电极分别于高压放大器正负电极相连通；微处理器控制极化电压输出IO输出准极化电压V0，并经高压放大器放大n倍后形成极化电压NV0，其中NV0的数值与压电复合材料长度有关，根据压电复合材料长度L（mm），确定准极化电压NV0=2.812*X（KV）,由微处理器控制IO口在3S内以100HZ为周期输出幅值为120%*NV0极化高压，检测是否存在击穿风险；

6）正常极化：如可正常工作，则进入极化第一阶段，检测装置基于薄膜温度传感器通过闭环控制的方式，监测温度，控制电阻式加热薄膜升高温度至极化温度，以预设极化电压NV0对压电复合极化8min；

7）极化完成。