[发明专利]一种测量压电材料压电系数d15的动态谐振方法

摘要

本发明公开了一种测量压电材料压电系数d₁₅的动态谐振方法，包括下述步骤：(1)将压电块体水平极化，制作一种共面电极结构压电层合悬臂梁，使悬臂梁处于d₁₅剪切工作模式；(2)将该压电层合悬臂梁与外接负载连接，形成串联测试电路；(3)搭建激励振动装置，调节振动器电压、频率和负载电阻，使悬臂梁产生共振现象，记录输出电压响应；(4)利用d₁₅工作模式压电层合悬臂梁的正压电效应，给出测量压电系数d₁₅的计算公式；(5)将悬臂梁结构尺寸、材料参数和谐振电压响应峰-峰值代入计算公式，计算压电系数d₁₅。本发明涉及的方法可测量压电材料的压电系数d₁₅，具有工艺简单，易操作的优点。可用于测量压电陶瓷、压电晶体、压电薄膜材料的压电系数d₁₅，应用范围广泛。

主权项

1.一种测量压电材料压电系数d₁₅的动态谐振方法，其特征在于：包括下述步骤：(1)将两块压电块体进行水平极化后，所述两块压电块体的上表面和下表面分别贴有电极层并反向平行放置于支撑板层，制作一种共面电极结构压电层合悬臂梁，使所述压电层合悬臂梁处于d₁₅剪切工作模式，所述d₁₅为切向压电常数；(2)通过导线将所述压电层合悬臂梁与外接负载电阻连接，形成串联测试电路；(3)搭建激励振动装置，调节所述振动装置的电压、频率和所述负载电阻，使所述压电层合悬臂梁产生共振现象，记录所述压电层合悬臂梁的输出电压响应；(4)基于单自由度系统模型，建立振动方程，利用所述d₁₅剪切工作模式的所述压电层合悬臂梁的正压电效应，建立方程模型： d15=2U0k2AGLP[(ω/ωn)4+2(2ζ2-1)(ω/ωn)2+1][(1/RL)2+(ωCP)2]ωc55EAK(3L-LP)Y··0/ωn2]]>，式中，所述单自由度系统模型的共振频率为，阻尼系数，为振源加速度的幅值，ω=2πf为振动角频率；U₀表示激振产生的所述压电层合悬臂梁的输出电压峰-峰值，L和L_P分别表示所述支撑板层和所述压电层合悬臂梁的压电层的长度，A为所述电极层面积，AG表示所述压电层合悬臂梁的有效剪切刚度，C_P和R_L分别是所述压电层合悬臂梁的等效电容和所述外接负载电阻，为所述压电材料的剪切弹性系数，k²为修正系数；(5)将所述压电层合悬臂梁的结构尺寸、材料参数和所述压电层合悬臂梁谐振电压峰-峰值代入所述方程模型，计算所述压电材料的压电系数d₁₅。