[发明专利]一种铁电材料电滞回线的测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种铁电材料电滞回线测量装置，包括数据采集卡，数据采集卡中设有A/D转换器和D/A转换器，所述的D/A转换器的输入连接计算机处理单元中的信号源，D/A转换器的输出连接一个高压放大器；所述的A/D转换器的输入连接一个信号调理模块，A/D转换器的输出连接计算机处理单元中的数据分析与处理器；所述的信号调理模块和高压放大器连接采样电路，其特征在于，所述的采样电路包括一个与测试样品连接的采样电阻R₀，高压放大器输入给测试样品一个激励电压，通过该采样电阻R₀，将测试样品的输出信号连接至信号调理模块，所述的测试样品在采样电路中等效为漏导电阻R_x、非线性极化电容C_s和线性极化电容C_x的并联。

2.根据权利要求1所述的铁电材料电滞回线测量装置，其特征在于，所述的采样电阻R₀为可调线性电阻，且并联有一个瞬态抑制二极管，并通过一个运算放大器连接信号调理模块。

3.一种根据权利要求1所述铁电材料电滞回线测量装置实现铁电材料电滞回线测量的方法，其特征在于，包括下述步骤：

a.电滞回线测量，将计算机处理单元产生的模拟输出信号通过信号源经数据采集卡的D/A转换器接入高电压放大器的输入端，高压放大器输出的激励电压U_i加在测试样品和采样电阻上，将采集到的电流信号通过运算放大器输入至信号调理模块，再通过数据采集卡的A/D转换器返回到计算机中的数据分析与处理器，对采集测量数据过滤、分析、处理后进行数据存储与显示；

b.在采集测量数据中分离出线性极化、非线性极化和电损耗，对铁电材料电流的电滞回线补偿：

设J_Rx为流经漏导电阻R_x的电流密度，J_Cx为线性极化电容C_x的位移电流密度，J_Cs为非线性极化电容C_s的位移电流密度，激励电压为U_i＝Asinωt，其中A为激励电压幅值，试样厚度为d，试样表面极化面积为S，则有以下关系式，

JRx=UiSRx=ASRxsinωt---(1)]]>

JCx=1Sd(CxUi)dt=CxSωAcosωt---(2)]]>

JCs=1Sd(CsUi)dt---(3)]]>

全电流密度J₀为，

Jo=JRx+JCx+JCs=ASRxsinωt+ωACxScosωt+JCs---(4)]]>

求出损耗电阻R_x，根据式(1)即得到损耗电流密度J_Rx。

在J₀中减去J_Rx，得到只含位移电流密度J_C与E的关系曲线，进而得到P-E关系曲线，其饱和区的斜率为线性介电常数ε，由ε得到C_x，再根据式(2)得到线性极化电流密度J_Cx，最后根据式(4)得到非线性极化电流密度：

J_Cs＝J₀-J_Rx-J_Cx。

4.一种根据权利要求1所述铁电材料电滞回线测量装置实现铁电材料电滞回线测量的方法，其特征在于，包括下述步骤：

a.电滞回线测量，将计算机处理单元产生的模拟输出信号通过信号源经数据采集卡的D/A转换器接入高电压放大器的输入端，高压放大器输出的激励电压U_i加在测试样品和采样电阻上，将采集到的电流信号通过运算放大器输入至信号调理模块，再通过数据采集卡的A/D转换器返回到计算机中的数据分析与处理器，对采集测量数据过滤、分析、处理后进行数据存储与显示。

c.偏置电场下的极化特性测量，在上述步骤a的基础上，修改信号源输出信号，即通过计算机处理单元的信号源输出一直流偏置电压信号，然后再叠加一个5～20V的交变电压信号，重复步骤a，得到P-E电滞回线，再通过数据分析与处理器的数据处理得到可逆介电常数。