[发明专利]一种压电晶片振动模态的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试方法，特别是关于一种压电晶片振动模态的测试方法。

背景技术

压电晶片(压电陶瓷)由于具有较高的机电转换系数和稳定的性能，因此，是现有技术中无损检测超声探头和海底声纳等传感器的核心元件。而研究压电晶片的振动模态，对于选用合适的压电晶片作为传感器，具有重要的意义。

由于压电晶片不同的振动模态具有不同的谐振频率、位移分布和应力分布，因此研究压电晶片的振动模态，必需通过理论计算和实验，得到各个振动模态的谐振频率、位移分布或者应力分布。目前实验研究压电晶片振动模态的方法主要有传输线路法和光学方法。传输线路法是通过测试压电晶片不同频率下的阻抗，绘制阻抗-频率(Z-f)曲线，阻抗取得极小值的频率便是一个振动模态的谐振频率。传输线路法仅从电学特性表征压电晶片，不足以全面认识其振动模态的特性。光学法可以对压电晶片的位移振动特性进行表征而受到许多研究人员的关注。光学法之一是使用幅度扰动-电子散斑干涉仪(Amplitude FluctuationElectronic Speckle Pattern Interferometry：AF-ESPI)，之二是使用激光多普勒振动计(Laser Doppler Vibrometer：LDV)，测量处于谐振状态的试样表面各点的离面微位移，并根据产生的干涉条纹图和测得的位移，分析振动模态。光学方法测试低频振动模态，非常有效，但是对高频振动模态的测试，实现起来非常困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可对压电晶片的高、低频振动模态进行测试，并可全面认识其振动模态特性的压电晶片振动模态的测试方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种压电晶片振动模态的测试方法，其包括以下步骤：1)设置一包括函数发生器、功率放大器、红外热像仪和计算机的测试装置；将压电晶片试件放置在所述功率放大器的输出端，将红外热像仪正对压电晶片试件的一个侧面，将此侧面作为测量面；2)开启函数发生器，调节函数发生器的频率f，并通过功率放大器产生电压恒定的连续正弦波，对压电晶片试件进行激励，使压电晶片试件产生振动；3)用红外热像仪对压电晶片试件的测量面进行连续拍摄，将拍摄得到的红外图像进行存储和数据处理后，输送给计算机，通过计算机显示不同激励频率下压电晶片试件振动情况的红外图像；4)根据显示的红外图像，分别选取在不同激励频率f激励下，压电晶片试件在同一时刻后红外图像中的最高温度T₀，进而画出一条温度与频率的T₀-f关系曲线，所述T₀-f关系曲线中的每个温度峰值对应一个振动模态，每个振动模态所对应的频率便是这个振动模态的谐振频率；5)选择步骤4)得到的若干谐振频率对压电晶片试件测量面的同类面以外的其它侧面再次进行激励并进行连续拍摄，对得到红外图像进行存储和数据处理后，输送给计算机，通过计算机观测压电晶片试件的温度变化，并进一步测得压电晶片试件各个振动模态的分布形态。

所述步骤2)中作用于压电晶片试件的激励电压为180～200Vpp。

所述步骤4)中，选取在不同激励频率f激励下，压电晶片试件在同一时刻后红外图像中的最高温度T₀，其中，所述同一时刻的间隔为10秒。

所述压电晶片试件为长方体，所述测量面的同类面以外的其它侧面是指测量面的左、右相邻面之一和上、下相邻面之一。

所述压电晶片试件为圆柱体，所述测量面选择圆形面，所述测量面的同类面以外的其它侧面是指测量面以外的任何一个立面。

所述压电晶片试件为圆环体，所述测量面选择圆环面，所述测量面的同类面以外的其它侧面是指测量面以外的任何一个立面。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置有函数发生器和功率放大器，可以产生电压恒定的连续正弦波，电压恒定的连续正弦波作用于压电晶片试件，因此，可对压电晶片试件进行不同频率的激励。2、本发明将压电晶片试件在不同激励频率下的状态通过红外热像仪进行拍摄，并将拍摄到的红外图像传送给计算机，因此，可以通过计算机显示屏观察压电晶片试件在不同激励频率下的红外图像，通过红外图像得到压电晶片的应力分布，从而进一步得到压电晶片的振动模态。本发明可以测定压电晶片的各阶谐振频率，是一种简单易行、可视直观的观测压电晶片振动模态的方法，尤其适用于高频振动模态的观测过程中。

附图说明

图1是本发明测试装置结构示意图

图2是实施例所用压电晶片试样的结构示意图

图3是实施例所用压电晶片试样表面最高温度随激励频率变化的曲线示意图