[发明专利]一种基于动态法的压电材料参数测试方法及测试装置

摘要

本发明涉及一种基于动态法的压电材料参数测试方法及测试装置，将待测压电材料与一个标准电阻串联，经过扫频得到待测压电材料的阻抗‑频率谱，对应阻抗幅值的变化可以求出压电材料的串联谐振频率fs和并联谐振频率fp，串联谐振频率对应的阻抗值为待测压电材料的动态电阻值Res。使用555定时器电路将待测压电材料的自由电容值转换为具有函数关系的频率值，通过计算得到相应的静态电容Cap，结合以上四个参数可以计算出机械品质因数Qm。

主权项

一种基于动态法的压电材料参数测试方法，其特征在于包括以下过程：(1)将DDS模块的电流输出端接一不大于100Ω的小电阻，再与串联的标准电阻和待测量的压电材料连接；任意设置DDS模块扫频的起始频率、步进频率以及截止频率；(2)测量压电材料的并联谐振频率点fp和串联谐振频率点fs：以起始频率开始扫频，每扫完一次以上次扫频频率加上步进频率重新扫频，当频率达到截止频率时扫频结束；扫频过程中，对DDS模块直接输出的正弦信号AD0与经压电材料分压所得到的正弦信号AD1，各通过一个检波电路进行检波，分别得到的直流信号均经过AD采样模块传递至单片机；检波过程中，单片机利用归一化算法，将AD0作为参考信号，绘制用于判断串联谐振点和并联谐振点的AD1/AD0曲线；整个扫频过程中，DDS模块输出的正弦信号依次经过串联的标准电阻和压电材料，当压电材料两端电压最大时的频率为并联谐振频率点fp，当压电材料两端电压最小时的频率为串联谐振频率点fs；(3)扫频结束后，测量以下参数：(a)测量动态电阻值Res：与AD采样模块连接的单片机通过电压分压公式计算压电材料的动态电阻值Res：V0＝ResR5+ResVRes＝R5×V0V‑V0其中，V0为电压材料的电压，V为DDS模块的输出电压，R5为标准参考电阻，Res为待测量的压电材料的动态电阻值；(b)测量静态电容Cap：将DDS模块的输出设置为低频信号，该低频信号依次经过标准电阻、压电材料、电容检测模块和AD采样模块；所述电容检测模块包括与压电材料连接的555计时器，所述555计时器的引脚1接地，引脚3与AD采样模块连接，引脚4和引脚5接‑5V，引脚6通过电阻R3与引脚5连接、同时通过电阻R4与压电材料连接，引脚7通过电容C7接地；与AD采样模块连接的单片机通过以下公式计算压电材料的静态电容Cap：Cap＝1.44/(R3+2R4)ff＝1/(tPL+tPH)tPL＝R4Capln2tPH＝(R3+R4)Capln2其中，R3和R4分别为与555定时器相连的电阻R3和电阻R4的阻值，f为当555计时器的触发器翻转时在输出端得到一个周期性的方波的频率，tPL为555计时器的低电平持续时间，tPH为555计时器的高电平持续时间；(e)测量机械品质因数Qm：Qm=2πfsL1Res=fp22πfs|Zm|(C0+C1)(fp2+fs2)]]>式中fs为串联谐振频率点，fp为并联谐振频率点，L1为动态电感压电材料谐振点附近的等效动态电感，|Zm|为最小谐振阻抗，C0为压电材料在谐振点附近的等效并联电容，C1为压电材料在谐振点附近的等效动态电容，|Zm|、C0和C1均为压电材料自身决定的已知量；(f)测量泊松比σ：σ=5.332fm0-1.867fm10.6054fm1-0.1910fm0]]>fm0为压电材料的基音频率，其近似为一次串联谐振频率，单位为Hz；fm1为压电材料的一次泛音频率，其近似为二次串联谐振频率，单位为Hz，fm0和fm1均为压电材料自身决定的已知量。