一种切向压电常数d15的测量装置及方法与流程

本发明涉及一种压电材料的测量领域，尤其涉及一种剪切型压电材料的测量装置及方法。

背景技术：

传感器已成为获得自然和生产信息的一种极为重要的工具，尤其对于现代工业来说，如缺少传感器，现代工业就将失去基础。压电材料作为传感器中的一个关键部件，其性能参数对传感器的各项指标有着决定性的影响。因此，必须准确地对压电材料的性能参数进行测量，才能制造出一流的传感器。

压电材料按结构可大致分为压缩型和剪切型两种。采用剪切型压电材料制作的传感器具有体积小、灵敏度大、安装谐振频率高、频率响应范围宽、横向振动比小、基座应变灵敏度小等优点，得到了广泛的应用，并有替代压缩型传感器的趋势。因此，剪切型压电材料作为其中的关键部件，得到大力发展。

压电常数是压电材料的一项重要指标，直接影响到传感器的灵敏度参数。剪切型压电材料的压电常数为切向压电常数，表示符号为d15。

目前较常用的测量切向压电常数d15主要采用准静态方法：在准静态d33测量仪上安装45°斜面夹具，测量时，分解压电材料受到的激振力为正压力和剪切力，通过计算剪切力以及压电材料和准静态d33测量仪的输出，得到压电常数d15。此方法存在结构复杂，操作繁琐，误差大，抗干扰性差等缺点，且准静态d33测量仪中的参考压电体的压电常数会因时间而改变，造成准静态d33测量仪输出偏差，更增大了测量误差。

因此开发一种简单易行，可准确测量压电材料切向压电常数d15的检测技术成为业界长期以来渴望解决的难题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的发明目的在于提供一种切向压电常数d15的测量装置，简便易行，能够实现压电材料切向压电常数d15的测量，克服现有技术的不足，提高压电材料测试效率。

为实现上述发明目的，本发明提供以下的技术方案：一种切向压电常数d15的测量装置，包括：

-底座，其具有第一定位面；

-质量块，其具有第二定位面，所述第一定位面与所述第二定位面相对设置并形成与被测压电材料形状匹配的间隙空间；

-定位元件，其施力于所述质量块上，以使所述第二定位面压紧所述被测压电材料于所述第一定位面上；

其中，所述底座与所述质量块为导体，所述定位元件为绝缘体，所述第一定位面和所述第二定位面为竖直平面或二者的切面位于竖直平面内，所述底座与所述质量块之间绝缘设置，所述质量块还连接有信号输出线。

进一步的，所述底座具有相背设置的两个所述第一定位面，所述测量装置包括两个所述质量块，两个所述第一定位面分别与两个所述质量块的两个第二定位面相对设置并形成两个所述间隙空间，所述定位元件采用弹簧夹，所述弹簧夹的两只夹臂分别施力在两个所述质量块上。

进一步的，所述底座还具有第三定位面，所述第三定位面为水平平面，其上搁置有水平的垫板，所述垫板可抽离的设置，用于支撑所述被测压电材料和所述质量块底面。

进一步的，所述测量装置还包括上罩，所述上罩罩设所述被测压电材料、所述质量块以及所述定位元件并且下端口固定安装在所述底座上。

进一步的，所述底座大体呈倒置t形，t形的竖直部分设置第一定位面，t形的水平部分设置第三定位面，设在t形的竖直部分，t形的水平部分还固定连接一上罩的下端口。

进一步的，t形的水平部分上还设有贯通其第三定位面和其端面的线孔，所述信号输出线穿设过所述线孔。

进一步的，所述第一定位面和所述第二定位面均为平面或均为弧形面。

进一步的，所述底座的底面还设有用于与参考传感器固定连接的安装孔。

本发明还提供另一个技术方案，采用如上所述的测量装置的切向压电常数d15的测量方法，包括如下步骤：

(1)将所述测量装置背靠背固定在一参考传感器上，所述参考传感器安装在一激振设备上，所述测量装置的信号输出线和所述参考传感器的信号输出线分别连接至一检测设备上；

(2)开启所述激振设备，使所述测量装置和所述参考传感器因振动而产生信号并传送至所述检测设备；

(3)采集并记录所述测量装置的输出信号qp和所述参考传感器的输出信号qs，

通过下式即能计算得出压电材料的切向压电常数d15。

其中，s为查阅计量校准报告得参考传感器的灵敏度；

m1、m2、m3、m4分别为称量得到的被测压电材料的质量、质量块的质量、定位元件的质量以及测量装置的信号输出线的质量。

进一步的，通过检测设备比较所述测量装置和所述参考传感器的输出信号的波形或相位，根据所述参考传感器的极性判断所述被测压电材料的极性。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

(1)现有技术中，切向压电常数的测量存在一定误差，且难以校准；本发明利用压电材料的正压电效应原理，真实模拟剪切型传感器的工作状态，采用动态法，测量准确，且使用经过计量校准的参考传感器作为参照，使测量结果更为精确，抗干扰性好，测量效率高，特别适用于制作剪切式的归一化压电加速度传感器的压电材料的测量；

(2)本发明中的测量装置还包括垫板，垫板能有效隔离质量块和底座，防止产生的输出信号短路，垫板的另一作用是能保证被测压电材料的极化方向与振动方向平行，避免被测压电材料安装歪斜而产生测量误差；

(3)本发明中的测量装置还包括上罩，其与所述底座连接，使所述被测压电材料、质量块和弹簧夹封装与所述上盖内部，隔离干扰，保证测试结果准确性；

(4)本发明中的底座采用倒置t形结构，具有两个第一定位面，包括两个质量块，以通过两个第一定位面和两个第二定位面形成两个间隙空间，同时定位元件采用弹簧夹，给安装好的被测压电材料和质量块提供预紧力，防止滑落；

(5)本发明中的底座的底面还设有安装孔，便于与参考传感器连接。

附图说明

图1为本发明公开的切向压电常数d15的测量装置的结构示意图；

图2为本发明公开的切向压电常数d15的测量方法的连接示意图；

图3为本发明公开的测量装置和参考传感器的输出信号的波形比较图。

其中，1、底座；2、质量块；3、被测压电材料；4、弹簧夹；5、信号输出线；51、信号输出端；6、垫板；7、上罩；8、测量装置；9、参考传感器；10、激振设备；11、信号输出线；12、检测设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下为用于说明本发明的一较佳实施例，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：

参见图1，如其中的图例所示，一种切向压电常数d15的测量装置，包括：

-底座1，其具有相背的两第一定位面；

-两质量块2，每个质量块2具有第二定位面，两个第一定位面与两个第二定位面相对设置并形成与被测压电材料3形状匹配的两个间隙空间；

-弹簧夹4，其两只夹臂分别施力于两质量块2上，以使第二定位面压紧被测压电材料3于第一定位面上；

其中，底座1与质量块2为导体，弹簧夹4为绝缘体，第一定位面和第二定位面为竖直平面，底座1与质量块2之间绝缘设置，质量块2还连接有信号输出线5，信号输出线连接至信号输出端51。

现有技术中，切向压电常数的测量存在一定误差，且难以校准；本发明采用动态法，测量准确，且使用经过计量校准的参考传感器作为参照，使测量结果更为精确，抗干扰性好，测量效率高，特别适用于制作剪切式的归一化压电加速度传感器的压电材料的测量。本发明中的底座采用倒置t形结构，具有两个第一定位面，包括两个质量块，以通过两个第一定位面和两个第二定位面形成两个间隙空间，同时定位元件采用弹簧夹，给安装好的被测压电材料和质量块提供预紧力，防止滑落。

一种实施方式中，底座1还具有第三定位面，第三定位面为水平平面，其上搁置有水平的垫板6，垫板6可抽离的支撑被测压电材料3和质量块2底面。垫板6能有效隔离质量块2和底座1，防止产生的输出信号短路，垫板6的另一作用是能保证被测压电材料3的极化方向与振动方向平行，避免被测压电材料3安装歪斜而产生测量误差.

一种实施方式中，测量装置还包括上罩7，上罩7罩设被测压电材料3、质量块2以及弹簧夹4并且下端口固定安装在底座1上，隔离干扰，保证测试结果准确性。

一种实施方式中，t形的水平部分上还设有贯通其第三定位面和其端面的线孔，信号输出线5穿设过线孔。信号输出线5的走向更加清楚，且不影响上罩的固定。

一种实施方式中，底座1的底面还设有安装孔。

参见图2，如其中的图例所示，为测量装置的切向压电常数d15的测量方法，包括如下步骤：

(1)将测量装置8背靠背固定在一参考传感器9上，参考传感器9安装在一激振设备10上，测量装置8的信号输出线5和参考传感器9的信号输出线11分别连接至一检测设备12上；

(2)开启激振设备10，使测量装置8和参考传感器9因振动而产生信号并传送至检测设备12；

(3)采集并记录测量装置8的输出信号qp和参考传感器9的输出信号qs，

通过下式即能计算得出压电材料的切向压电常数d15。

其中，s为查阅计量校准报告得参考传感器9的灵敏度；

m1、m2、m3、m4分别为称量得到的被测压电材料3的质量、质量块2的质量、弹簧夹4的质量以及测量装置8的信号输出线5的质量。

其中，其中，步骤(1)中，将测量装置8背靠背固定在一参考传感器9上，背靠背是指两者同轴，且底座的安装面相对安装。如此安装的优点在于两者受振动加速度相同。。

通过检测设备12比较测量装置8和参考传感器9的输出信号的波形或相位，根据参考传感器9的极性判断被测压电材料3的极性。

观察图3波形，根据参考传感器的极性.

如参考传感器的极性为正，

①相位差0，被测材料上端面为正极；

②相位差180，被测材料下端面为正极；

如参考传感器的极性为负：

①相位差0，被测材料下端面为正极；

②相位差180，被测材料上端面为正极。

实施例二

进一步的，第一定位面和第二定位面均为弧形面，弧形面的切面位于竖直平面内。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。