[发明专利]基于数字锁相技术的磁电系数的测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料物理性能测试技术领域，尤其涉及一种基于数字锁相技术的磁电系数的测量方法和装置。

背景技术

磁电复合材料是通过单相铁电材料与铁磁材料经一定方法复合而成的，而它的磁电转换系数就是铁电相和铁磁相的乘积效应产生的。由于磁电复合材料独特的性质，磁电复合材料在微波换能器，高精度的磁场电场传感器，微驱动器，移相器和滤波器等器件中都有广泛的应用。

磁电转换系数dE/dH是描述磁电效应大小的物理量，其单位是V/cm·Oe。磁电转换系数是标志磁电材料性能的重要指标，铁电-铁磁复合材料的磁电效应是两单相特性dS/dH及dE/dS的乘积效应的体现，可表示为：

dE/dH＝K₁K₂·x(1-x)·dS/dH·dE/dS

其中dE/dH为复合材料的磁电转换系数；dS/dH和dE/dS分别为铁磁相的磁致伸缩效应与铁电相的压电效应；x及(1-x)分别为复合材料中铁磁相和铁电相的体积分数；K₁和K₂是两相材料相互稀释而引起的各单相特性的减弱系数。

目前，现有技术中的一种磁电转换系数的测量方法为：测量出电场微量dE和磁场微量dH，从而间接地测量出磁电转换系数的幅值。

上述现有技术中的磁电转换系数的测量方法的缺点为：该方法的测量结果不能反映不同磁滞特性、不同工作频率、不同位相、不同磁场、不同温度下磁电复合材料的磁电转换系数的变化信息。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于数字锁相技术的磁电系数的测量方法和装置，以实现对磁电复合材料的磁电转换系数进行有效的测量。

本发明提供了如下方案：

一种基于数字锁相技术的磁电系数的测量装置，包括：外加磁场产生和测量装置、调制磁场产生装置、磁电信号转换装置和数据采集装置；

所述的外加磁场产生和测量装置，用于通过旋转强磁体产生外加磁场H，将所述外加磁场H施加到所述调制磁场产生装置上；

所述的调制磁场产生装置，用于包含磁场调制线圈，所述磁场调制线圈在电流信号的驱动下产生调制磁场，将磁电复合材料制作的样品放置在所述磁场调制线圈中，将所述样品的两电极连接到所述磁电信号转换装置的输入端，将所述电流信号的参数传输给所述数据采集装置；

所述的磁电信号转换装置，用于包含数字锁相放大器，所述数字锁相放大器的输入端连接所述样品的两电极，所述数字锁相放大器从所述样品的电极处检测到电压dV，将所述电压dV传输给所述数据采集装置；

所述的数据采集装置，用于与所述外加磁场产生和测量装置、调制磁场产生装置、磁电信号转换装置连接，根据所述电流信号的参数计算出所述调制磁场的幅度dH’，根据所述电压dV、调制磁场的幅度dH和所述样品的厚度t计算出磁电系数的幅度α＝dV/(t·dH’)。

优选地，所述的外加磁场产生和测量装置包括：磁体转角控制器、强磁体和高斯计；

所述的磁体转角控制器，用于和减速电机连接，控制所述减速电机转动，通过所述减速电机带动所述强磁体转动；

所述的强磁体，用于设置在所述轭铁的内部，通过转动在所述轭铁的缝隙中产生外加磁场；

所述的轭铁，用于将所述外加磁场施加到设置在其缝隙中的所述调制磁场产生装置上；

所述的高斯计，用于测量出所述外加磁场H的大小，将所述外加磁场H的大小传输给所述数据采集装置。

优选地，所述的数据采集装置，还用于根据所述外加磁场产生和测量装置传输过来的外加磁场H的大小，以及计算出的磁电系数的幅度α得到磁电系数的幅度α随磁场H的变化曲线：α-H曲线。

所述的磁电系数是一个复数值，其中包含磁电系数幅度α_E和磁电系数相位θ；或者包含磁电系数实部α_R和虚部α_X。

优选地，所述的调制磁场产生装置包括：信号发生器、交流恒流驱动器和磁场调制线圈；

所述的信号发生器，用于产生正弦波信号，将所述正弦波信号的一路作为参考信号传输给所述数字锁相放大器，将所述正弦波信号的另一路经功率放大器放大后传输给所述磁场调制线圈，将所述正弦波信号的频率和幅度传输给所述的数据采集装置；

所述的磁场调制线圈，用于在其内部放置所述样品，在所述正弦波信号的驱动下产生调制磁场dH’，通过改变所述正弦波信号的频率和幅度来改变调制磁场dH’的频率和幅度；将所述样品的两电极连接到所述数字锁相放大器的输入端；