實(shí)驗(yàn)名稱：多層陶瓷的振動(dòng)性能研究

測(cè)試設(shè)備：電壓放大器、波形發(fā)生器、機(jī)械振動(dòng)測(cè)試儀、激光發(fā)射器、計(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)造圖

壓電陶瓷在電場(chǎng)下的振動(dòng)速度采用機(jī)械振動(dòng)測(cè)試儀測(cè)試系統(tǒng)來(lái)分析得到，附帶激光發(fā)射器、減震平臺(tái)、波形發(fā)生器、高壓放大器、控制計(jì)算機(jī)等，其測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示。

圖2：壓電陶瓷振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)

當(dāng)在壓電材料中施加小信號(hào)的交變電場(chǎng)時(shí)，由于逆壓電效應(yīng)，壓電材料會(huì)產(chǎn)生頻率相同的機(jī)械振動(dòng)，利用機(jī)械測(cè)振儀可以測(cè)試出樣品的振動(dòng)速度，以此來(lái)表征材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。波形發(fā)生器輸入的電壓信號(hào)為正弦波，經(jīng)高壓放大器放大200倍后施加在多層陶瓷上，采用時(shí)域顯示時(shí)，陶瓷得到的振動(dòng)速度隨時(shí)間的變化為正弦波形，對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換得到頻域信號(hào)，頻域信號(hào)表示的是不同頻率范圍下振速的幅值，由于機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生與輸入電壓信號(hào)頻率相同，相位滯后90°，因而幅頻曲線上只得到一個(gè)頻率的幅值。時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：不同電壓下多層陶瓷位振速的時(shí)域信號(hào)

圖3給出了不同輸入電壓下多層陶瓷振速的時(shí)域曲線，電壓信號(hào)的頻率均為100Hz。由圖可知，各曲線都呈現(xiàn)完美的正弦波形，說(shuō)明樣品的振動(dòng)受外界干擾較小，信噪比良好。隨著輸入電壓的增大，振動(dòng)速度的幅值也逐漸增大，各個(gè)電壓下振速的最大值可以從圖4得出。當(dāng)輸入電壓為320V時(shí)，多層陶瓷的振速最大為1.86mm/s。相同頻率時(shí)，電壓越大，單位時(shí)間內(nèi)電壓的改變量也越大，導(dǎo)致陶瓷的位移變化率增大，振速隨之而增加。

圖4：多層陶瓷振速隨電壓的變化

圖5：不同頻率下多層陶瓷振速的時(shí)域信號(hào)

壓電材料的振速除了與輸入電壓的大小有關(guān)外，還受輸入電壓的頻率影響。圖5為不同頻率下多層陶瓷振速的時(shí)域曲線，其中輸入的電壓大小均為320V。由圖可知，陶瓷的振動(dòng)速度隨著電壓頻率的上升逐漸增大。圖6為各個(gè)頻率下陶瓷振速的最大值，當(dāng)電壓頻率為500Hz時(shí)，振速可以達(dá)到8.26mm/s。

圖6：多層陶瓷振速隨頻率的變化

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審核編輯 黃宇