发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于压电材料动态压电性能测试的系统和方法。

本发明提供的动态压电性能测试系统，其结构如附图1，包括：固定架、函数发生器、功率放大器、振动台、数据采集装置、电脑、样品台、动态力传感器、静态力传感器、垂直升降台等部件；其中：

振动台紧固在刚性固定架上；函数发生器输出的电信号经由功率放大器放大后，作为驱动电压信号输入到振动台内以驱动振动台振动；振动台振动频率、振幅和振动形式由驱动电压信号的频率、幅值和波形决定。

样品台刚性固定于振动台上，以便由振动台带动样品台振动。样品台材质可为各类易于加工成型的金属(如铝、铜、不锈钢等)、陶瓷(如氧化铝陶瓷等)或聚合物(如聚四氟乙烯等)等材质。样品台与振动台的连接可为螺纹连接，或其它各种可能的刚性连接。

待测样品置于样品台上。如若样品台材质导电，为了避免样品台导电性干扰待测样品的电学测量，可在待测样品和样品台间添加绝缘的电隔离层。

垂直升降台固定在固定架上，经过校准的动态力传感器(如石英压电传感器)和静压力传感器(如电阻型力传感器)固定在升降台底部。也可选用兼有动态和静压力传感测量功能的经过校准的集成型力传感器。垂直升降台可经由手动或电控方式控制其升降，以便将静压力传感器、动态力传感器和待测样品紧压到样品台上。静压力传感器用于测量垂直升降台所施加的静态压力的大小。

静压力传感器、动态力传感器和待测样品的输出信号分别经由三个数据采集装置1、2和3监测，并由电脑读取数据并记录。

其中，由于所需测量信号种类（有电荷、电流、电压等），对应的数据采集装置的结构也不同。具体地，（1）测量电荷量，数据采集装置包括电荷放大器、静电计等设备；（2）测量电流信号，数据采集装置包括电流表、电流放大器等设备；（3）测量电压信号，数据采集装置包括示波器、数据采集卡等设备；根据所需测量信号种类的不同，选用不同的数据采集装置。

本发明中，工作频率范围由振动台性能确定。一般适用于测试0-50kHz频率范围内压电材料的压电性能。

本发明中，如果数据采集装置3为电荷放大器、静电计等设备，用来监测待测样品的电荷输出，则所测电荷值与相应数据采集装置2监测到的动态力值两者的比值，即可确定压电材料的d₃₃压电系数。

使用本发明测试系统进行压电材料压电性能测试，具体步骤为：

（1）放置待测样品：将压电材料待测样品放置在样品台上；

（2）电路连接及电源开启：振动台经功率放大器与函数发生器连接；静压力传感器、动态力传感器和待测样品的引线分别与对应的数据采集装置连接，数据采集装置最终与电脑连接，以便数据的读取和保存；打开电脑、功率放大器、函数发生器、数据采集装置的电源，使得设备处于待机状态；

（3）静压力调节：经由手动或电控装置，使垂直升降台靠近待测样品，最终将静压力传感器、动态力传感器和待测样品压至样品台上；通过数据采集装置1实时监测静压力传感器所探测到的静压力数据；反馈调节垂直升降台的高度，直至所测得的静压力值达到预设值；

（4）动态力调节：函数发生器按照预设参数输出特定波形(如正弦、三角、方波以及其它任何可编辑波形)、特定频率和特定幅值的电压信号，经功率放大器放大后驱动振动台振动；通过数据采集装置2实时监测动态力传感器所探测到的动态力数据；调节功率放大器，最终使得动态力幅值达到预设值；

（5）压电性能测试及分析：电脑同时读取并记录数据采集装置2所获取的动态力传感器所监测到的动态力信号以及数据采集装置3所获取的待测样品的压电信号输出；经由动态力信号与待测样品压电信号的比对，获得特定频率、特定动态力幅值的压电性能；

（6）重复步骤(3)-(5)的操作，实现不同静压力、不同频率和不同动态力幅值下待测样品压电性能的测试分析。

测试完成后，关闭设备电源；调高垂直升降台，取出待测样品。

本发明提供的压电材料动态压电性能测试系统和方法，所适用的压电材料包括但不限于无机压电陶瓷/晶体、压电聚合物、小分子压电体、驻极体、生物压电体等各种压电材料的块体、薄膜及微纳结构。