1.本发明涉及压电性能测试技术领域，具体涉及一种多功能压电性能测试装置。
背景技术：
2.压电陶瓷材料是在外力作用下可在材料表面产生净电荷的一类重要功能材料。压电系数和机电耦合系数是评价压电陶瓷材料压电性能的两个关键技术指标。准静态法与动态谐振法是目前应用最广泛的压电性能测试方法，并已分别形成国家标准gb11309-89和gb/t3389-2008。准静态法主要用于测量压电陶瓷的压电系数，例如d
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。测试设备d
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测试仪，例如zj-3形d
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压电测量仪等，可以用于准静态法的压电性能测试。动态谐振法主要用于测量压电陶瓷的机电耦合系数。测试设备阻抗分析仪，例如keysight 4990等，可以用于动态谐振法的压电性能测试。然而，准静态法和动态谐振法分别要求压电陶瓷材料处于夹持振动状态和自由振动状态，因此，在现有的测试装置中需要采用不同的测试设备中并对应设置不同的测试夹具来进行压电性能的测试，同时压电陶瓷样品也需要不停地取放到相应测试设备，因此测试效率较低。目前还未有测试装置单次同步实现准静态法和动态谐振法这两种方法的集成。
技术实现要素：
3.针对上述问题，本发明提出一种可实现夹持振动状态和自由振动状态转换的多功能压电性能测试装置，可在不换载样品的情况下实现准静态法与动态谐振法的不同压电性能的同步测量，减少了压电陶瓷样品不停取放带来的时间成本和人力成本，测试效率大幅提高。
4.本发明通过以下技术方案实现：本发明提供一种多功能压电性能测试装置，包括u形支撑杆、支撑直杆、绝缘支撑台和电磁控制器；所述u形支撑杆具有长杆和短杆，长杆穿过绝缘支撑台的通孔与支撑弹簧连接，短杆和支撑直杆的其中一个端部夹持待测样品；支撑直杆相对远离待测样品的另一端部穿过绝缘支撑台的通孔与振动源连接；通过电磁控制器的打开或者关闭来实现待测样品在自由振动状态和夹持振动状态之间的转换；打开电磁控制器开关时，电磁控制器产生的磁力使u形支撑杆的长杆处于锁紧状态，待测样品通过支撑直杆与振动源的连接而处于夹持振动状态；关闭电磁控制器开关时，电磁控制器不产生磁力，u形支撑杆的长杆处于自由伸缩状态，因而u形支撑杆的短杆端部与待测样品接触而不施加夹持力使得待测样品处于自由振动状态。
5.较佳地，支撑直杆与u形支撑杆的短杆的中心线为同一条直线。
6.较佳地，u形支撑杆的短杆端部以及支撑直杆与待测样品接触的端部均为半球形。
7.较佳地，待测样品处于夹持振动状态测试的准静态参数包括压电系数。
8.较佳地，待测样品处于自由振动状态测试的动态谐振参数包括机电耦合系数kt和/或kp。
9.较佳地，支撑弹簧的伸缩位移在0-5cm之间可调。
10.较佳地，振动源具有频率30hz~300hz、压力0.05n~0.5n的输出。
11.较佳地，u形支撑杆和支撑直杆同时也作为电极。
12.较佳地，所述绝缘支撑台设置有安装槽，所述安装槽与绝缘支撑台上的限位槽相互连通形成通孔，u形支撑杆通过安装槽和限位槽与支撑弹簧相连。
13.较佳地，所述绝缘支撑台设置有安装槽，所述安装槽与绝缘支撑台上的限位槽相互连通形成通孔，支撑直杆通过安装槽和限位槽与振动源相连。
14.本发明提出的可实现自由振动状态与夹持振动状态转换的多功能压电性能测试装置，可以实现单个样品单次装载的情况下分别利用准静态法与动态谐振法测量压电材料的多参数压电性能，简化了测试流程。尤其在高温压电性能的测试中，不需要将待测样品从加热炉腔体中取出，可以直接在高温下转换实现准静态法测试与动态谐振法测试，节省时间，极大提高测试效率。
附图说明
15.图1为多功能压电性能测试装置的剖面结构示意图；1-待测样品，2-支撑直杆，3-u形支撑杆，4-绝缘支撑台，5-支撑弹簧，6-电磁控制器，7-振动源。
具体实施方式
16.以下说明本发明所述可实现自由振动状态与夹持振动状态转换的多功能压电性能测试装置。
17.所述多功能压电性能测试装置可用于不同尺寸和不同形状的待测样品。在具体示例中，待测样品的厚度为0.5-2mm，直径为10-20mm。
18.所述多功能压电性能测试装置包含u形支撑杆。u形支撑杆具有长杆和短杆。待测样品被夹持在u形支撑杆的短杆和支撑直杆之间。由于通孔的固定作用与支撑弹簧的弹力作用，u形支撑杆可以在竖直方向上进行移动。因此，通过控制支撑弹簧的弹性位移可以调节所述u形支撑杆的位置以适应不同尺寸的待测样品。一些实施方式中，支撑弹簧的伸缩位移范围在0-5mm之间可调。
19.作为优选，u形支撑杆的短杆的端部为半球形。这样可以更好地夹持待测样品。
20.长杆穿过绝缘支撑台的通孔与支撑弹簧连接。即直接在绝缘支撑台上形成通孔可以使得长杆穿过通孔与支撑弹簧连接。一些技术方案中，绝缘支撑台设置有安装槽，所述安装槽与绝缘支撑台上的限位槽相互连通形成通孔。借此，u形支撑杆通过安装槽和限位槽与支撑弹簧相连。
21.所述u形支撑杆的长杆和短杆可以通过机械连接的方式分段设计，也可以为一体化配置。优选地，所述u形支撑杆为一体成型。
22.支撑直杆相对远离待测样品的端部穿过绝缘支撑台的通孔与振动源连接。一些技术方案中，绝缘支撑台设置有安装槽，所述安装槽与绝缘支撑台上的限位槽相互连通形成通孔。借此，支撑直杆通过安装槽和限位槽与振动源相连。
23.支撑直杆与u形支撑杆的短杆的中心线为同一条直线。这样可以稳定地夹持待测样品以利于提高测试结果的准确性。
24.为了压电材料的高温压电性能测试环境，u形支撑杆的短杆与支撑直杆的材料优选为耐高温材料，例如金属材料。作为示例，选择使用加工性能优异、抗氧化性强的inconel 718高温合金材质。上述材料能够满足测试装置在高温环境（例如600℃）的使用要求。
25.所述多功能压电性能测试装置还包括电磁控制器。通过电磁控制器的打开或者关闭来实现待测样品在自由振动状态和夹持振动状态之间的转换。当打开电磁控制器开关时，通过电磁控制器产生的磁力使u形支撑杆的长杆处于锁紧状态，u形支撑杆整体被固定，待测样品通过支撑直杆与振动源的连接而处于夹持状态。即、电磁控制器为打开模式时，电磁控制器能够实现u形支撑杆长杆的锁紧，使u形支撑杆固定保持静止。通过调节振动源的振幅和频率等，对压电陶瓷材料在夹持振动状态下的准静态压电系数d
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进行测量。
26.调节振动源的频率和动态输出会改变待测样品的动态加持力。一些实施方式中，振动源具有频率30hz~300hz的输出。这时，根据压电效应的原理，待测样品的动态夹持力为0.05~0.5n。
27.当关闭电磁控制器开关时，不产生磁力，u形支撑杆的长杆端不被锁紧，可自由上下伸缩，处于自由状态。支撑弹簧的弹性收缩使得u形支撑杆的短杆端部与待测样品接触而不施加夹持力。支撑弹簧与u形支撑杆的重量应匹配。合适的支撑弹簧自由振动状态时使u形支撑杆的半球形端部与待测样品接触但不施加夹持力。这种模式时，振动源不工作无输出，待测样品处于自由振动状态。
28.u形支撑杆和支撑直杆分别与待测样品的两表面相接触，并对应与压电系数d
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测量仪或者阻抗分析仪共同形成完整的测试电路，因此u形支撑杆和支撑直杆为压电性能测试电路的一部分，亦有电极功能。例如，待测样品处于自由振动状态时，电极与阻抗分析仪连接，加载交流电场信号，对压电陶瓷材料的待测样品在自由振动状态下的性能参数进行测试。所述性能参数包括但不限于机电耦合系数kt、机电耦合系数kp等。
29.下面结合附图对本发明所述可实现自由与夹持振动转换的多功能压电性能测试装置作进一步的详细说明。
30.如图1所示，绝缘支撑台4上设有两个安装槽以及与每个安装槽对应的限位槽。所述安装槽与对应的限位槽相互连通形成通孔。u形支撑杆3的长杆通过其中一个安装槽与对应的限位槽和支撑弹簧5相连。待测样品1被夹持于u形支撑杆3的短杆的半球形端部与支撑直杆2的半球形端部之间。支撑直杆2的另一端部穿过另一个安装槽与相应的限位槽和振动源7相连。
31.通过调节电磁控制器6的模式来调节u形支撑杆3的位置从而实现待测样品在自由振动状态与夹持振动状态之间的转换。电磁控制器的开关位于打开位置时，电磁控制器6产生的磁力使u形支撑杆3的长杆处于锁紧状态，整个u形支撑杆3被固定，待测样品通过支撑直杆2与振动源7的连接而处于夹持振动状态。起到电极作用的支撑直杆2和u形支撑杆3与外加压电系数d
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测量仪连接，构成夹持振动状态测试电路，通过调节振动源的振幅和频率等，对待测样品在夹持振动状态下的准静态压电系数d
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进行测量。
32.当电磁控制器的开关位于关闭位置时，不产生磁力，u形支撑杆3的长杆端不被锁紧，可自由上下伸缩，处于自由状态，合适的支撑弹簧5使u形支撑杆3的半球形端部与待测样品接触但不施加夹持力，此时振动源不工作无输出，待测样品处于自由状态。起到电极作用的支撑直杆2和u形支撑杆3与外加阻抗分析仪连接，构成自由振动状态测试电路，加载交
流电场信号，进行自由振动状态下的机电耦合系数（kt、kp等）的测量。
33.尽管以上对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。