實(shí)驗(yàn)名稱：叉指形電極管狀壓電元件電極制備與極化研究

測(cè)試目的：目前，已有學(xué)者對(duì)叉指形電極的管狀壓電元件進(jìn)行了一系列研究，通過(guò)靜力學(xué)方程完成理論推導(dǎo)，建立有限元分析模型，對(duì)該壓電元件的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)性能進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明，該壓電元件沿軸向自由應(yīng)變可達(dá)普通模型的1.55倍，能實(shí)現(xiàn)大位移輸出。本文將在已有研究基礎(chǔ)上，對(duì)該壓電元件的電極制備與極化工藝展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證該壓電元件結(jié)構(gòu)的合理性和先進(jìn)性。

測(cè)試設(shè)備：ATA-2041高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、示波器、交換機(jī)、計(jì)算機(jī)等。

圖1：位移檢測(cè)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

搭建位移檢測(cè)平臺(tái)，信號(hào)激勵(lì)源采用任意函數(shù)發(fā)生器，經(jīng)過(guò)西安安泰公司的ATA-2041高壓放大器后，一端與試樣的正負(fù)極電性連接，用于激勵(lì)電壓輸入；另一端連接示波器，用于觀察激勵(lì)信號(hào)的波形曲線及參數(shù)變化。數(shù)據(jù)采集端通過(guò)交換機(jī)同頻連接計(jì)算機(jī)與光譜共焦控制器。松緊可調(diào)螺栓將位移傳感器配套測(cè)量探頭固定在支撐架上，光源對(duì)準(zhǔn)試樣。通過(guò)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)位移變化值，對(duì)結(jié)果進(jìn)行提取。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：軸向位移響應(yīng)圖

在激勵(lì)電壓達(dá)200V時(shí)，各曲線基本達(dá)到位移峰值。極化時(shí)間為40min、60min時(shí)，位移峰值較明顯。由圖2可知，極化時(shí)間為20min、30min、50min時(shí)，位移結(jié)果在200V處未達(dá)到峰值，而是在200V附近某點(diǎn)處達(dá)到峰值。這是由于不良信號(hào)夾雜導(dǎo)致的，其原因可能是電極燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生了塌縮現(xiàn)象。

搭建位移檢測(cè)平臺(tái)分析了極化時(shí)間對(duì)元件位移的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著極化時(shí)間延長(zhǎng)位移峰值不斷增大，設(shè)定極化電壓500V和極化溫度110℃，當(dāng)極化時(shí)間為60min時(shí)，位移峰值為0.3μm。該研究結(jié)果為進(jìn)一步對(duì)叉指形電極管狀壓電元件的探究提供了參考。

高壓放大器推薦：ATA-2041

圖：ATA-2041高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇