料1上端部固结的固定杆固定，在挠曲电材料1的外弧面 和内弧面分别施加外电极2和内电极3，并使外电极2和内电极3与高压电源7的输出端电连 接，高压电源7的输入端与信号源6的输出端电连接;信号源6输出电信号并通过高压电源7 放大后送至外电极2和内电极3，使挠曲电材料1在径向产生电场梯度，由于逆挠曲电效应， 材料发生环向形变，通过螺旋状结构使环向形变累积并在挠曲电材料1下端部固定的反光 膜表现该积累的总形变，激光位移计8输出的测量光源与反光膜4相对，在反光膜发生相对 位置变化时，激光位移计8便能测量该形变量，结合材料的结构参数、力电参数、信号源6的 信号参数和高压电源的功率放大倍数，便可计算得到挠曲电材料1的逆挠曲电系数。
[0038] 所述挠曲电材料1的逆挠曲电系数的计算方法如下：
[0039]挠曲电材料(1)为中心对称晶体不存在压电效应，材料电极化简单描述为：
[0041]其中？1，￡」1^^1，11分别为极化程度、应变、挠曲电系数和梯度方向 ；
[0042]而对于逆挠曲电而言，则有
[0044]其中T^fijki和Ejk分别是等效应力、逆挠曲电系数和施加的电场。
[0046]其中T^Sijki和E分别是等效应力、等效应变和材料的弹性模量。
[0047]挠曲电材料(1)产生的位移为：
[0049]其中R、N分别为挠曲电材料(1)的中弧线半径、圆弧圈数。
[0050]逆挠曲电系数与挠曲电材料（1)产生的位移存在一定的关系，通过测量挠曲电材 料(1)产生的位移，能够计算出逆挠曲电系数。
[0051]作为本发明的优选实施方式，所述挠曲电材料1具有较高的介电常数、正挠曲电系 数和击穿电压。
[0052]作为本发明的优选实施方式，所述外电极2和内电极3具有良好的导电性能和较低 的附着刚度。
【主权项】
1. 通过螺旋位移放大结构测量逆晓曲电系数的装置，其特征在于:包括螺旋状结构的 晓曲电材料（1 )，位于晓曲电材料（1)外弧面的外电极(2)和内弧面的内电极(3 )，位于晓曲 电材料(1)下端部的反光膜(4)，固定杆巧)与晓曲电材料(1)的上端部相固定，外电极(2)和 内电极（3)与高压电源（7)输出端电连接，高压电源（7)输入端与信号源(6)的输出端电连 接;还包括激光位移计(8)，激光位移计(8)射出的测量光源与反光膜(4)相对W测量反光膜 的相对位移变化。2. 根据权利要求1所述的通过螺旋位移放大结构测量逆晓曲电系数的装置，其特征在 于:所述晓曲电材料(1)的结构为多个准圆环状形成螺旋状结构W保证产生均匀电场梯度， 使形变得W积累，便于测量;其宽度为O.l-lOmm、厚度为O.l-lOmm、直径为1-lOOmm，其结构 参数与材料参数相匹配，W保证晓曲电在加电压作用时，发生足够大的形变。3. 根据权利要求1所述的通过螺旋位移放大结构测量逆晓曲电系数的装置，其特征在 于:所述外电极(2)与内电极(3)具有远低于晓曲电材料(1)的刚度并具备良好的导电性。4. 根据权利要求1所述的通过螺旋位移放大结构测量逆晓曲电系数的装置，其特征在 于:所述激光位移计(8)的测量精度能够满足晓曲电材料(1)的形变。5. 权利要求1所述的通过螺旋位移放大结构测量逆晓曲电系数的装置的测量方法，其 特征在于:将晓曲电材料（1)通过与晓曲电材料（1)上端部固结的固定杆固定，信号源(6)将 电信号送至高压电源(7)，高压电源(7)将该电信号功率放大后输出至外电极(2)和内电极 (3)，并使晓曲电材料（1)在材料的径向产生电场梯度，由于材料的逆晓曲电效应，晓曲电材 料(1)发生微小的环向形变，晓曲电材料(1)的螺旋状结构能够累加多个环状部分的微小形 变，其累加环向形变表现在晓曲电材料(1)下端部的反光膜(4)上，并通过与反光膜(4)相对 的激光位移计(8)测量得到；结合信号源(6)的输出信号、高压电源(7)的功率放大倍数、材 料的结构参数和力电参数，便能够计算得到材料的逆晓曲电系数。6. 根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于:晓曲电材料（1)产生的位移通过累加 达到放大的作用； 晓曲电材料(1)为中屯、对称晶体不存在压电效应，材料电极化简单描述为：… 其中Pi，ε jk，μLjki，XI分别为极化程度、应变、晓曲电系数和梯度方向； 而对于逆晓曲电而言，则有(2) 其中Τυ，f Uki和Ea分别是等效应力、逆晓曲电系数和施加的电场；(3) 其中Si jki和E分别是等效应变和材料的弹性模量； 晓曲电材料(1)产生的位移为：(4) 其中R、N分别为晓曲电材料(1)的中弧线半径、圆弧圈数； 逆晓曲电系数与晓曲电材料（1)产生的位移存在一定的关系，通过测量晓曲电材料（1) 产生的位移，能够计算出逆晓曲电系数。
【专利摘要】通过螺旋位移放大结构测量逆挠曲电系数的装置及方法，该装置包括螺旋状的挠曲电材料，分别位于挠曲电材料内、外弧面的内电极与外电极、位于挠曲电材料下端部的反光膜，位于挠曲电材料上端部与挠曲电材料固定的固定杆；信号源输出控制信号并送入高压电源，内、外电极与高压电源相电连接，高压电源向内、外电极输出高压电源，通电后材料由于逆挠曲电效应，产生微小形变，材料的螺旋机构放大了形变幅值并在位于挠曲电材料下端部产生位移的输出；激光位移计射出测量光源与位于挠曲电材料下端部的反光膜相对放置，材料形变时便可测量形变量，结合材料结构、力电参数和形变量，便可计算出挠曲电材料的逆挠曲电系数。
【IPC分类】G01N27/00
【公开号】CN105572173
【申请号】CN201511017022
【发明人】张舒文, 徐明龙, 刘开园, 申胜平, 王铁军, 田征, 吴成松, 邵妍
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月29日