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一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置及方法
【专利摘要】一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置及方法，该装置包括上、下双面金属电极片，上双面金属电极片的上下表面分别设置有第一上金属电极和第一下金属电极，第一上金属电极与上压头相接触，第一下金属电极与试件的上表面相接触；下双面金属电极片的上下表面分别设置有第二上金属电极和第二下金属电极，第二上金属电极与试件的下表面相接触，第二下金属电极与下压头相接触，上双面金属电极片的下表面电极连接地线，下双面金属电极片的上表面电极连接测量电荷信号的引线，引线依次连接电荷放大器和显示存储装置；本发明还提供了测试方法；通过施加压力测量所测材料试件的机械形变和输出电荷，能够方便、简单的实现挠曲电系数的直接测量。
【专利说明】—种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及挠曲电系数测量【技术领域】，具体涉及一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]传统的压电式材料无论在驱动还是传感方面应用广泛，要实现这些功能离不开压电效应和材料压电系数。压电效应是指在电介质的一定方向上施加外力(压力或拉力)作用而变形时，在其表面上产生电荷。
[0003]然而在晶体学中，压电效应被严格限制在具有非中心对称结构的晶体中才存在，这大大限制了材料的选取和利用。另一方面天然的压电材料压电效应非常微弱，很难用于实际检测。目前广泛使用的压电材料主要由石英晶体和压电陶瓷，钛酸钡，镐钛酸铅(PZT)等材料。在工业上，镐钛酸铅这类压电陶瓷被大量的使用，由于镐钛酸铅含有重金属铅，对环境和人类健康都是有害的。并且压电传感器的一个明显缺点是对温度敏感，在居里温度以上压电效应失效。
[0004]与压电效应不同，挠曲电效应是指由应变梯度引起的极化现象，挠曲电效应普遍存在于所有的电介质中，包括非压电材料和各向同性材料。挠曲电效应通常定义为:
[0005]
【权利要求】
1.一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于:包括上双面金属电极片(I)和下双面金属电极片(2)，所述上双面金属电极片(I)的上下表面分别设置有第一上金属电极和第一下金属电极，第一上金属电极与上压头(5)相接触,第一下金属电极与试件(7)的上表面相接触；所述下双面金属电极片(2)的上下表面分别设置有第二上金属电极和第二下金属电极,第二上金属电极与试件(7)的下表面相接触,第二下金属电极与下压头(6)相接触，所述上双面金属电极片(I)的下表面电极连接地线(3)，所述下双面金属电极片(2)的上表面电极连接测量电荷信号的引线(4)，所述测量电荷信号的引线(4)依次连接电荷放大器(8 )和显示存储装置(9 )。
2.根据权利要求1所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于:所述上双面金属电极片(I)和下双面金属电极片(2)为PCB板。
3.根据权利要求2所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于:所述上压头(5)、下压头(6)和PCB板的刚度远大于试件的刚度。
4.根据权利要求1所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于:所述地线(3)和测量电荷信号的引线(4)分别与上双面金属电极片(I)的下表面电极和下双面金属电极片(2)的上表面电极通过引线键合的方式连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于:所述试件(7)通过周围一圈弹性胶固定在上双面金属电极片(I)和下双面金属电极片(2)上。
6.根据权利要求1所述的一种基于测量电荷的挠曲电系数直接测量装置，其特征在于:所述显示存储装置(9)为示波器。
7.权利要求1至6任一项所述的测量装置的测量方法，其特征在于:下压头(6)固定，从而固定试件(7)的下表面；试验机对上压头(5)施加可控载荷，则试件(7)收到变化的压力，在竖直方向产生不均匀应变，从而有应变梯度，再由挠曲电效应在试件(7)上下表面产生极化电荷，试件(7)下表面电荷通过下双面金属电极片(2)的上表面电极经由测量电荷信号的引线(4)传到电荷放大器(8)中，转化为电压值后在显示存储装置(9)中显示存储； 试件受外压力而发生变形，由于应变不均匀，会在竖直方式上产生应变梯度，根据正挠曲电效应:
【文档编号】G01R29/00GK103913643SQ201410114668
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】李斯, 梁旭, 张舒文, 申胜平, 徐明龙 申请人:西安交通大学