[发明专利]电致伸缩材料特性的电容法测试装置

说明书

技术领域：

本发明涉及电致伸缩材料微应变、微驱动力测试装置，尤其涉及一种电致伸缩材料特性的电容法测试装置。

背景技术

线位移或应变测试应用中非光学方法按原理分有划线电阻法(10^-2-20mm)、应变电阻法(10^-4-10²mm)、电容法(10^-4-10mm)、感应同步法(10^-3-10²mm)、差动电感法(10^-4-10^-1mm)等，其有不同测量速度、范围和精度，如划线电阻法为保证电阻的可靠接触仅适合于低速场合，差动电感法具有较高测量精度但测量范围有限，应变电阻法需要被测对象有较大的驱动能力。

电致伸缩材料需要同时有微形变和一定的驱动力，而传统测试只能测试自由态电致伸缩材料的电致伸缩系数，对于在受力负载情况下的电致伸缩系数及其驱动力的研究甚少，所以有必要对电致伸缩材料的驱动力性能进一步展开研究。驱动力性能研究中很重要的一环就是微力测量，微力测量通常采用MEMS器件来完成，也有采用光纤传感器、天平等方法来完成。

电容法和差动变压器法将微形变测量转化为电量测量，都需要与被测表面接触属接触法测量。电容法具有响应速度快、灵敏度高、抗噪声能力强等优点，同时还具有较大的测量范围和较高测量精度适合于电致伸缩材料微应变测量，为材料电致伸缩特性测试提供了可靠的途径。

电容式传感器是传感器中非常重要的一类，其将被测非电量的变化转换为电容量变化，通过检测电容量的变化来获得被测量变化，具有结构简单、高分辨力、可非接触测量、成本低、响应速度快、灵敏度高、抗噪声能力强等优点，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，广泛应用于压力、湿度、固体水分含量、触觉、信息融合成像、微位移、物位、加速度等传感量的检测。微力测量时可将微力产生的微位移转化为微电容变化，从而通过测量微电容来测量微力。

发明内容

本发明的目的是提出一种结构简单、测试过程便于操作的一种电致伸缩材料特性的电容法测试装置，通过该装置能直接测量出被测电致伸缩材料的微应变特性、微驱动力特性。

本发明采用如下技术方案：

包括基座1和支撑架12，支撑架12设在基座1上，其特征在于在支撑架12上设有定励磁线圈9，在定磁线圈9的端面上设有电容定极板10，在基座1上设有可调高压源3，可调高压源3的两端分别连接有负、正极板4、5，该二极板5、6间用于放置待测电致伸缩材料，其中的一块极板与三维微位移台2相接触，在与其中的另一块极板连接的支撑件7上设有动励磁线圈8，在动励磁线圈8的端面上设有电容动极板11，上述电容定极板10与电容动极板11相面对。

本发明提出了电容法电致伸缩材料特性测试装置，该装置通过电容法检测电致伸缩材料在高电场强度下的产生微小应变导致的微位移，通过电磁线圈加载电磁力或产生平衡驱动力。微电容检测采用了开关型微弱电容检测电路，该电路成本低，同时还可消除较被测电容大很多的对地寄生电容对测量结果的影响。

电容法电致伸缩特性测试装置总体包括可调高压电源、固定基座、三维微位移台、高压正负极板、被测对象薄膜、励磁线圈组、微位移传感电容及其测试控制电路。系统工作时，高压电源将强电场加载在待测薄膜上，薄膜产生应变，微位移传感电容测量出对应的微位移；在进行材料受力负载情况下地电致伸缩系数研究时通过驱动线圈产生力负载；研究材料驱动力时，用驱动线圈抵消强电场产生的微位移或产生等效微位移间接测量材料的驱动力，将电致伸缩材料作为弹性体时微位移传感电容同时可以作为力传感器使用。

整个测试装置置于一个抗振平台上以消除振动对测试结果的影响。装置中包括了一个三维微位移台以方便测试中的传感电容微调，同时该微位移台也适用于微电容及微位移的校准和标定。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明机械结构简单易行；

2.采用的微位移开关型微弱电容检测电路，该电路成本低，同时还可消除较被测电容大很多的对地寄生电容对测量结果的影响；

3.采用测试原理可以测量电致伸缩材料在一定压力下电场-电致伸缩应变曲线，等效驱动力特性和平衡驱动力特性。

附图说明：