實(shí)驗(yàn)名稱：PZT-5H大功率壓電性能測試方法及溫度功率解耦研究

　　研究方向：大功率壓電材料測試

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：本文研究了在高功率條件下工作的壓電材料的壓電和介電性能。由于小信號條件下的壓電性能不能直接應(yīng)用于高功率換能器，因此開發(fā)了一種結(jié)合恒壓法和恒流法優(yōu)點(diǎn)的綜合阻抗法，以及改進(jìn)的瞬態(tài)法，用于PZT-5H壓電陶瓷的高功率測試。研究了功率和溫度對PZT-5H性能的影響，特別是電機(jī)械耦合系數(shù)k31、壓電常數(shù)d31和彈性柔量sE11隨功率增加的變化趨勢，以及機(jī)械品質(zhì)因子Qm的快速衰減和穩(wěn)定化。

　　測試設(shè)備：ATA-3080功率放大器，PZT-5H陶瓷，多普勒激光測振儀，紅外熱像儀等。

圖：PZT-5H大功率壓電性能測試方法及溫度功率解耦研究實(shí)驗(yàn)框圖

圖：PZT-5H大功率壓電性能測試方法及溫度功率解耦研究實(shí)驗(yàn)實(shí)拍圖

　　實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)中使用了PZT-5H陶瓷作為壓電振子，尺寸為30×8×0.5mm。采用多普勒激光測振儀和紅外熱像儀分別實(shí)時(shí)測量振子的振動速度和表面溫度。綜合阻抗法結(jié)合了恒流法和恒壓法測量的阻抗譜，通過多普勒激光測振儀保證兩種方法下振子的振動速度相同。瞬態(tài)法通過施加短時(shí)正弦脈沖激勵振子，記錄振動衰減曲線來計(jì)算壓電性能。兩種方法均在不同功率水平下進(jìn)行，以研究功率和溫度對壓電性能的影響。

　　測試結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著功率的增加，PZT-5H的k31、d31和sE11呈增加趨勢，而Qm先快速衰減然后穩(wěn)定在固定水平。綜合阻抗法下，由于自發(fā)熱，振子溫度顯著上升；而瞬態(tài)法幾乎不產(chǎn)生熱量，振子保持室溫。通過比較兩種方法的結(jié)果，成功分離了溫度和功率對高功率壓電性能的影響。結(jié)果顯示，自發(fā)熱溫度放大了功率對k31、d31和sE11的影響，而對Qm的影響可以忽略不計(jì)。

　　功率放大器推薦：ATA-3080C功率放大器

　　圖：ATA-3080C功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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