實驗名稱：多層陶瓷的振動性能研究

　　測試設備：電壓放大器、波形(xing)發(fa)生器(qi)(qi)、機(ji)械振動(dong)測試(shi)儀、激光發(fa)射器(qi)(qi)、計算(suan)機(ji)等。

　　實驗過程：

　　圖1：機械振動(dong)測試系統構造圖

　　壓電陶(tao)瓷在(zai)電場下的(de)振動速度采用機(ji)(ji)械振動測試(shi)儀(yi)測試(shi)系統(tong)來分析得(de)到，附帶(dai)激光發射器(qi)(qi)(qi)、減(jian)震(zhen)平臺、波形發生器(qi)(qi)(qi)、高(gao)壓放大(da)器(qi)(qi)(qi)、控制計算機(ji)(ji)等(deng)，其測試(shi)系統(tong)構造如圖(tu)1所示。

　　圖2：壓電陶(tao)瓷振動的時域(yu)信(xin)(xin)號和頻域(yu)信(xin)(xin)號

　　當在壓(ya)電材料(liao)中(zhong)施(shi)加小信號(hao)(hao)的(de)交變(bian)電場時(shi)(shi)(shi)，由于逆壓(ya)電效(xiao)應，壓(ya)電材料(liao)會產(chan)生(sheng)(sheng)頻率相同的(de)機械(xie)振(zhen)動(dong)，利用機械(xie)測振(zhen)儀可(ke)以測試出樣品的(de)振(zhen)動(dong)速度(du)，以此來(lai)表(biao)征(zheng)材料(liao)的(de)動(dong)態響應特性。波(bo)形發生(sheng)(sheng)器(qi)輸(shu)(shu)入的(de)電壓(ya)信號(hao)(hao)為(wei)正(zheng)弦波(bo)，經(jing)高壓(ya)放大器(qi)放大200倍后(hou)施(shi)加在多層陶(tao)(tao)瓷上，采(cai)用時(shi)(shi)(shi)域(yu)顯示時(shi)(shi)(shi)，陶(tao)(tao)瓷得(de)到(dao)的(de)振(zhen)動(dong)速度(du)隨時(shi)(shi)(shi)間(jian)的(de)變(bian)化為(wei)正(zheng)弦波(bo)形，對時(shi)(shi)(shi)域(yu)信號(hao)(hao)進(jin)行傅(fu)里葉(xie)變(bian)換得(de)到(dao)頻域(yu)信號(hao)(hao)，頻域(yu)信號(hao)(hao)表(biao)示的(de)是(shi)不同頻率范圍下振(zhen)速的(de)幅(fu)值(zhi)，由于機械(xie)振(zhen)動(dong)的(de)產(chan)生(sheng)(sheng)與輸(shu)(shu)入電壓(ya)信號(hao)(hao)頻率相同，相位(wei)滯后(hou)90°，因而幅(fu)頻曲(qu)線上只得(de)到(dao)一個頻率的(de)幅(fu)值(zhi)。時(shi)(shi)(shi)域(yu)信號(hao)(hao)和(he)頻域(yu)信號(hao)(hao)如(ru)圖2所示。

　　實驗結果：

　　圖3：不同電(dian)壓下多層陶瓷位振速(su)的(de)時(shi)域信號(hao)

　　圖3給出(chu)了不同輸入電(dian)壓(ya)(ya)下多層陶瓷振速(su)的(de)(de)時(shi)域(yu)曲線(xian)，電(dian)壓(ya)(ya)信號的(de)(de)頻(pin)率(lv)均為100Hz。由圖可(ke)知，各曲線(xian)都呈現完美的(de)(de)正弦波形，說明樣品的(de)(de)振動(dong)受外界干擾較(jiao)小(xiao)，信噪比(bi)良好。隨(sui)著(zhu)輸入電(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)增(zeng)大(da)(da)(da)，振動(dong)速(su)度的(de)(de)幅值(zhi)也(ye)逐漸增(zeng)大(da)(da)(da)，各個電(dian)壓(ya)(ya)下振速(su)的(de)(de)最大(da)(da)(da)值(zhi)可(ke)以從圖4得出(chu)。當輸入電(dian)壓(ya)(ya)為320V時(shi)，多層陶瓷的(de)(de)振速(su)最大(da)(da)(da)為1.86mm/s。相同頻(pin)率(lv)時(shi)，電(dian)壓(ya)(ya)越大(da)(da)(da)，單位時(shi)間內電(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)改(gai)變量(liang)也(ye)越大(da)(da)(da)，導致(zhi)陶瓷的(de)(de)位移變化率(lv)增(zeng)大(da)(da)(da)，振速(su)隨(sui)之而增(zeng)加。

　　圖4：多層陶瓷振速(su)隨電壓的變化

　　圖5：不同頻率下多層陶(tao)瓷振速的時域(yu)信號

　　壓(ya)(ya)電材料(liao)的(de)(de)(de)振(zhen)速(su)(su)除(chu)了與(yu)輸入電壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)大(da)小有(you)關外，還(huan)受輸入電壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)影響。圖5為不同頻(pin)率(lv)下(xia)多層陶瓷振(zhen)速(su)(su)的(de)(de)(de)時域曲線，其中輸入的(de)(de)(de)電壓(ya)(ya)大(da)小均為320V。由圖可知，陶瓷的(de)(de)(de)振(zhen)動速(su)(su)度隨著(zhu)電壓(ya)(ya)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)上(shang)升逐漸(jian)增大(da)。圖6為各個頻(pin)率(lv)下(xia)陶瓷振(zhen)速(su)(su)的(de)(de)(de)最(zui)大(da)值，當電壓(ya)(ya)頻(pin)率(lv)為500Hz時，振(zhen)速(su)(su)可以達(da)到8.26mm/s。

　　圖6：多層陶瓷振速隨頻率的變化

　　電(dian)壓放大器推薦：ATA-2088

　　圖：ATA-2088高壓放大器指標參數

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