一种检测压电陶瓷压电常数d31的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光干涉检测技术，主要用于压电陶瓷压电常数d31的检测。
【背景技术】
[0002]在压电陶瓷器件的各项工作性能指标中，压电常数是一项很重要的衡量因素，它不仅关系到压电陶瓷器件的品质，更是影响了这些精密仪器工作的精确度和灵敏度。传统的压电陶瓷灵敏度测量方法有机械测量法、电涡流位移计法、原子力显微镜法和光学测量法等，其中机械测量法在测量微量位移时来说相对误差比较大、操作复杂；电涡流位移计测量法受电磁干扰影响比较大；原子力显微镜法造价比较昂贵难以大规模应用。相对于前几种方法，采用激光干涉法测量压电陶瓷的压电常数，设备简单，操作容易，且能实现高精度测量。
[0003]文献:“光干涉法测量压电陶瓷压电特性”《压电与声光》作者:王东等，2011年12月第33卷第6期。该文献根据迈克尔逊干涉仪测量原理，利用固定的锯齿波信号驱动压电陶瓷，通过PMT光电探测器探测压电陶瓷伸长量，采用双踪数字示波器记录的数据得到压电陶瓷所加电压与其伸长量的对应关系。该方法的不足之处在于，由于采集系统采用PMT光电探测器，因此只能检测压电陶瓷中一个点干涉图像的变化，无法同时监测压电陶瓷样品面上多个监测点的条纹变化;又由于驱动压电陶瓷的信号由现有的信号源产生固定的锯齿波信号，所以很难保证与采集系统的同步，测量精度受到限制。
[0004]文献:“利用线阵CCD的迈克尔逊干涉仪测量压电材料的压电系数”《实验技术与管理》作者:肖化等，2011年2月第28卷第2期。该文献根据迈克尔逊干涉仪测量原理，在压电陶瓷两端加直流电压，通过线阵CCD采集干涉条纹信号，采用自动计数软件自动读取条纹数，进而得到压电常数d31。该方法的不足之处在于，由于采集系统采用线阵CCD，因此只能检测压电陶瓷中一条线上干涉图像的变化，无法同时监测压电陶瓷样品面上多个监测点的条纹变化;又由于驱动压电陶瓷的信号为直流电压信号，所以很难保证与采集系统的同步，测量精度受到限制。
[0005]文献:“应用迈克耳孙干涉仪研究压电陶瓷的特性”《物理实验》作者:李书民等，2008年6月第28卷第6期。该文献应用迈克耳孙干涉仪测量原理，在压电陶瓷两端加固定的周期信号，通过白屏观察干涉条纹变化，进而得到压电常数d31。该方法的不足之处在于，由于通过观察白屏干涉条纹变化，因此只能检测压电陶瓷中一个点上干涉图像的变化，无法同时监测压电陶瓷样品面上多个监测点的条纹变化;又由于驱动压电陶瓷的信号为固定的电压信号，无法实时同步监测压电陶瓷离面位移的变化过程，测量精度受到限制。
[0006]文献:“激光干涉法测压电陶瓷的压电常数d31”《应用光学》作者:范素华等，1997年第18卷第4期。该文献应用迈克耳孙干涉仪测量原理，在压电陶瓷两端加直流电压信号，通过摄像装置人工判读干涉条纹的变化，得到压电常数d31。该方法的不足之处在于，由于通过人工判别干涉条纹变化，且只能检测压电陶瓷中一个点上干涉图像的变化，无法同时监测压电陶瓷样品面上多个监测点的条纹变化;又由于驱动压电陶瓷的信号为固定的电压信号，无法实时同步监测压电陶瓷离面位移的变化过程，测量精度受到限制。
【发明内容】
[0007]本发明的目的，提供了一种检测压电陶瓷压电常数d31的装置，该装置根据压电陶瓷的工作原理，通过锯齿波信号驱动压电陶瓷，利用激光干涉法精确测量压电陶瓷的离面位移，得到压电陶瓷压电常数d31。本发明的优点是:结构简单，方法可靠，操作方便，精度高且稳定，适合对压电陶瓷的压电常数进行实时检测。
[0008]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种检测压电陶瓷压电常数d31的装置由激光器、扩束镜、准直镜、分光镜、压电陶瓷紧固件、聚焦透镜、面阵CCD、计算机、反射镜和积分放大电路组成;激光器、扩束镜、准直镜和压电陶瓷紧固件依次同轴放置在同一水平线上，分光镜放置在准直镜和压电陶瓷紧固件之间，与轴向成45°角，分光镜的反射方向垂直放置反射镜，反射镜反射面的垂直方向过分光镜依次同轴放置聚焦透镜和面阵CCD，面阵CCD的输出端连接计算机图像采集卡的输入端，计算机串口输出信号连接积分放大器，积分放大器的输出端连接到压电陶瓷紧固件中压电陶瓷样品的控制端;扩束镜与准直镜的距离为扩束镜和准直镜焦距之和，面阵CCD放置在聚焦透镜的像面上。
[0009]本发明的优点是:
(I)由于采用是面阵CCD成像，可以同时监测压电陶瓷样品面上多个监测点的条纹变化，并通过数据处理软件可以同时反演出多个监测点的压电常数d31。
[0010](2)因为锯齿波信号源由计算机串口实时控制，可以依据样品的差异调节输出的幅度和频率，并能够确保与采集系统的同步，所以测量精度高。
[0011](3)由于驱动信号和采集信号均由计算机自动同步处理，有效地提高了检测精度。
[0012]综上，本发明具有结构简单，方法可靠，操作方便，精度高且稳定，适合对压电陶瓷的压电常数进行实时检测等优点。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0015]由图1可知，一种检测压电陶瓷压电常数d31的装置由激光器1、扩束镜2、准直镜3、分光镜4、压电陶瓷紧固件5、聚焦透镜6、面阵CCD7、计算机8、反射镜9和积分放大电路10组成;激光器1、扩束镜2、准直镜3和压电陶瓷紧固件5依次同轴放置在同一水平线上，分光镜4放置在准直镜3和压电陶瓷紧固件5之间，与轴向成45°角，分光镜4的反射方向垂直放置反射镜9，反射镜9反射面的垂直方向过分光镜4依次同轴放置聚焦透镜6和面阵CCD7，面阵CCD7的输出端连接计算机8图像采集卡的输入端，计算机8串口输出信号连接积分放大器10，积分放大器10的输出端连接到压电陶瓷紧固件9中压电陶瓷样品的控制端;扩束镜2与准直镜3的距离为扩束镜2和准直镜3焦距之和，面阵(XD7放置在聚焦透镜6的像面上。
[0016]本发明的工作流程； 将压电陶瓷固定在压电陶瓷紧固件5上，并在其表面镀反射膜。从激光器发射的激光束经扩束镜2和准直镜3后到达分光镜4，将激光束分成强度相等的两束光，透射光经压电陶瓷样品反射回分光镜4，反射光经反射镜9返回分光镜4，由于两束光是同一激光器发出的激光光源，满足干涉条件，所以形成明暗相间的干涉条纹，干涉条纹经过聚焦透镜6，成像到面阵CCD7，面阵CCD7采集的图像信号经计算机中数字采集卡转换成数字信号。由计算机串口发出信号，经积分放大电路转换成锯齿波并功率放大，驱动压电陶瓷，其离面位移发生变化，通过计算机可以检测到整个面阵CCD上干涉条纹级数变化，从而计算出压电陶瓷表面的离面位移改变量，同时计算出此时驱动的电压值，最终拟合离面位移与电压曲线，获得压电常数 d31。
【主权项】
1.一种检测压电陶瓷压电常数d31的装置，其特征在于，该装置由激光器(1)、扩束镜(2)、准直镜(3)、分光镜(4)、压电陶瓷紧固件(5)、聚焦透镜(6)、面阵CCD(7)、计算机(8)、反射镜(9 )和积分放大电路(1 )组成;激光器(I)、扩束镜(2 )、准直镜(3 )和压电陶瓷紧固件(5)依次同轴放置在同一水平线上，分光镜(4)放置在准直镜(3)和压电陶瓷紧固件(5)之间，与轴向成45°角，分光镜(4)的反射方向垂直放置反射镜(9)，反射镜(9)反射面的垂直方向过分光镜(4)依次同轴放置聚焦透镜(6)和面阵CCD(7)，面阵CCD(7)的输出端连接计算机(8)图像采集卡的输入端，计算机(8)串口输出信号连接积分放大器(10)，积分放大器(10)的输出端连接到压电陶瓷紧固件(9)中压电陶瓷样品的控制端;扩束镜(2)与准直镜(3)的距离为扩束镜(2)和准直镜(3)焦距之和，面阵(XD(7)放置在聚焦透镜(6)的像面上。
【专利摘要】本发明公开了一种检测压电陶瓷压电常数d31的装置，涉及激光干涉检测技术。该装置由激光器（1）、扩束镜（2）、准直镜（3）、分光镜（4）、压电陶瓷紧固件（5）、聚焦透镜（6）、面阵CCD（7）、计算机（8）、反射镜（9）和积分放大电路（10）组成。其工作原理是通过锯齿波信号驱动压电陶瓷，利用激光干涉法精确测量压电陶瓷的离面位移，得到压电陶瓷压电常数d31。优点是：结构简单，方法可靠，操作方便，精度高且稳定，适合对压电陶瓷的压电常数d31进行实时检测。
【IPC分类】G01R29/22
【公开号】CN105486937
【申请号】CN201510986058
【发明人】吴金泉, 陈心浩, 王雪平, 徐小燕
【申请人】中南民族大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月25日