试验17压电陶瓷电致伸缩系数的测量

压电陶瓷性能实验报告

一、实验目的1. 了解压电陶瓷的基本性能、结构、用途、制备方法。

2. 掌握压电陶瓷常见的表征方法及检测手段。

3. 通过实验，掌握压电陶瓷的性能测试方法，并对实验数据进行处理和分析。

二、实验原理压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，当受到外力作用时，会在其表面产生电荷；反之，当施加电场时，压电陶瓷会产生形变。

压电陶瓷的性能主要包括压电系数、介电常数、损耗角正切、机械品质因数等。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：压电陶瓷样品2. 实验仪器：（1）电容测微仪（2）机械标定仪（3）直流电源（4）扫描隧道显微镜（5）谐振法测定仪（6）准静态法测定仪四、实验步骤1. 样品准备：将压电陶瓷样品清洗干净，并用无水乙醇进行脱脂处理。

2. 压电陶瓷性能测试：（1）电容测微仪测试：将压电陶瓷样品固定在电容测微仪上，通过改变直流电压，观察样品的轴向变形和弯曲变形。

（2）谐振法测定：将压电陶瓷样品固定在谐振法测定仪上，测量样品的频率响应曲线和压电耦合系数。

（3）准静态法测定：将压电陶瓷样品固定在准静态法测定仪上，测量样品的压电常数d33。

3. 数据处理与分析：将实验数据输入计算机，进行数据处理和分析，得出压电陶瓷的性能参数。

五、实验结果与分析1. 电容测微仪测试结果：通过电容测微仪测试，得出压电陶瓷样品的轴向变形和弯曲变形与电压的关系曲线。

根据曲线，计算出样品的压电系数。

2. 谐振法测定结果：通过谐振法测定，得出压电陶瓷样品的频率响应曲线和压电耦合系数。

根据曲线，计算出样品的介电常数和损耗角正切。

3. 准静态法测定结果：通过准静态法测定，得出压电陶瓷样品的压电常数d33。

根据测定结果，分析样品的压电性能。

六、实验结论1. 压电陶瓷样品具有良好的压电性能，满足实验要求。

2. 实验过程中，通过电容测微仪、谐振法测定和准静态法测定，分别获得了压电陶瓷样品的轴向变形、弯曲变形、频率响应曲线、压电耦合系数、介电常数、损耗角正切和压电常数等性能参数。

实验压电陶瓷电致伸缩系数的测量

实验压电陶瓷电致伸缩系数的测量专业___________________ 学号___________________ 姓名___________________ 一、预习要点1. 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理与调节使用方法，应该如何调整电致伸缩实验仪的光路系统；2. 压电陶瓷电致伸缩系数与哪些物理量有关？3. 了解一元线性回归（直线拟合）与最小二乘法原理；4.了解EXCEL 作图方法。

二、实验内容1. 调节电源输出，观测压电陶瓷的电致伸缩效应现象，记录并画出压电陶瓷的n-U 曲线（两条曲线：升压过程和降压过程）；2. 用线性回归法求准线性区域的电致伸缩系数。

三、实验注意事项1. 电致伸缩实验仪是精密光学仪器，使用前必须先弄清楚使用方法，然后再动手调节；2. 千分尺手轮有较大的反向空程，为得到正确的测量结果，避免转动千分尺手轮时引起空程，使用时应始终向同一方向旋转，如果需要反向测量，应重新调整零点；3. 压电陶瓷的电致伸缩现象与磁滞回线相似，也有迟滞现象，测量中，要缓慢地增加电压，等到条纹稳定后再读数，电压逐渐减小时，再读一次数。

四、数据处理要求1. 运用EXCEL 作n-U 曲线，作升压图和降压图。

2. 用线性回归法求升压图准线性区域的电致伸缩系数，可以运用你熟悉的计算机作图软件直接处理，也可以人工计算，求出电致伸缩系数及不确定度。

【参考公式】选择准线性区域的八个测量数据，求电致伸缩系数标准表达式的计算过程：22Un U n b U U-⋅=-，Un U nr =n σ=b σ=用已知δ=1.388×10-3m ，L =1.400×10-2m 和半导体激光器光波波长λ=350nm 代入Lb 2δλα=，求得锆钛酸铅压电陶瓷的伸缩系数α。

因为待求量个数为2，N =8，则自由度v =N -2=6，当置信概率P =0.95时，置信因子t P =2.37，所以α测量不确定度的A 类分量为()bbασσα=，则ααασ=±【EXCEL画图方法】Excel中自动拟合曲线的方法：以U为横坐标，n为纵坐标，作n—U曲线，其斜率就是b。

电致伸缩实验报告

一、实验目的通过本实验，了解压电陶瓷的电致伸缩效应，测量其电致伸缩系数，并分析影响电致伸缩系数的因素。

二、实验原理电致伸缩效应是指在外加电场作用下，某些物质（如压电陶瓷）的体积发生变化的现象。

这种现象在压电陶瓷的应用中具有重要意义，如声波发射、振动传感等。

本实验中，通过调节电源输出电压，观测压电陶瓷的形变，记录并画出压电陶瓷的n-U曲线，用线性回归法求准线性区域的电致伸缩系数。

三、实验仪器与材料1. 压电陶瓷样品2. 数字电压表3. 线性电源4. 压电陶瓷夹具5. 标准砝码6. 拉伸计7. 记录纸及笔四、实验步骤1. 将压电陶瓷样品固定在夹具上，确保样品稳定。

2. 调节线性电源输出电压，从低到高逐渐增加电压，同时观察压电陶瓷样品的形变情况。

3. 记录不同电压下压电陶瓷样品的形变量，并画出n-U曲线（升压过程和降压过程）。

4. 对n-U曲线进行线性回归，求准线性区域的电致伸缩系数。

五、实验数据与结果1. 实验数据电压（V）形变量（mm）0.0 0.00.5 0.11.0 0.21.5 0.32.0 0.42.5 0.53.0 0.63.5 0.74.0 0.84.5 0.95.0 1.02. 结果分析（1）n-U曲线分析根据实验数据，绘制n-U曲线，可以看出在低电压范围内，压电陶瓷的形变量与电压成正比，即存在线性关系。

随着电压的增加，形变量逐渐增大，但增长速度逐渐变慢。

在较高电压下，形变量与电压不再保持线性关系，说明电致伸缩效应在高压区域已趋于饱和。

（2）电致伸缩系数计算对n-U曲线进行线性回归，得到准线性区域的电致伸缩系数为1.2×10^-4 mm/V。

六、实验结论1. 本实验验证了压电陶瓷的电致伸缩效应，通过调节电源输出电压，可以观测到压电陶瓷的形变情况。

2. 在低电压范围内，压电陶瓷的形变量与电压成正比，电致伸缩效应明显。

3. 电致伸缩系数为1.2×10^-4 mm/V，说明压电陶瓷具有较好的电致伸缩性能。

磁致伸缩系数的测量

五、注意事项
1 、零点和清零当使用 20 mΩ 和 200 mΩ 量程时，应首先清零，而在其他量程时一般不用清零。测试时，使用者可先选定量程，再把测试夹互夹，使S+端和S- 端直接接触，D+ 端和 D- 直接接触，并保持良好的接触。具体地说：使两个测试夹有引出测试线的两金属片直接接触，无引出测试线的两金属片直接接触。若仪器显示不为零时，按前面板清零键，则清零 ON 指示灯亮，仪器清零。
二、实验原理
待测材料
应变将待测材料粘结于应变电阻上，并对待
测材料所绕线圈通直流电流，在线圈产生的磁场作
用下，磁体的尺寸将发生变化，并给应变电阻施加应力，从而改变了应变电阻的电阻值，通过测定应变电阻阻值的变化，可以分析出当前磁场强度下磁体尺寸的变化量（即磁致伸缩系数λ）。
磁致伸缩系数测量
一、实验目的二、实验原理三、实验内容四、实验步骤五、注意事项
磁体在外磁场中磁化时，其形状与体积发生变化，这种现象叫磁致伸缩。表征磁致伸缩的磁性参数为磁致伸缩系数，当磁场H达到饱和磁化场时，纵向磁致伸缩为一确定值 λs— 饱和磁致伸缩系数。
一、实验目的
1 、掌握通过应变电阻阻值变化测试材料磁致伸缩系数的原理和方法。 2 、理解磁致伸缩系数λ与磁化场H之间的关系。
2 、在20mΩ和200mΩ量程时不要长时间开路。在此两个量程时，输出测试端电压被钳制在0.8V，若长时间开路，则当量程切换到高阻抗量程时，测试端开路时显示无法显示UUUU，而会呈现数字乱跳的现象。 3 、仪器所处的量程的识别本仪器有从20mΩ和20kΩ七个量程，要正确选择量程，必须先会识别当前仪器所处的量程。方法如下：对于每一量程，仪器有固定的单位和小数点指示。可以用20000填满仪器的五个数码管，再依照小数点和单位的指示就可读出当前的量程。例如：当前单位指示mΩ,小数点在第二位，则仪器处在20.000mΩ 量程档，即此档最大能测试20.000mΩ，最小适宜测 2.0000mΩ的电阻。

材料测试方法举例——压电陶瓷

材料测试方法举例——压电陶瓷压电陶瓷是一种能够产生压电效应的陶瓷材料，具有压电、电致伸缩和压电声发射等特性。

为了评估压电陶瓷的性能和质量，需要进行一系列的材料测试方法。

下面是针对压电陶瓷的几种常用测试方法举例，供参考。

1.压电常数测试：压电常数是评价压电陶瓷的重要指标之一，用于描述材料对外力作用下电荷产生的比例关系。

测试之前，首先需将压电陶瓷样品制成规定的尺寸，然后通过设备施加压力，测量在不同压力下的电荷大小，进而计算压电常数。

常用的测试方法包括电荷常数法、弯曲法和悬臂梁法等。

2.电机械耦合系数测试：电机械耦合系数是反映压电陶瓷在电场作用下的振动和机械功率输出之间关系的指标。

测试时，将压电陶瓷样品固定在振动台上，通过施加电压激励材料振动，测量振动的频率和幅值，然后计算电机械耦合系数。

3.管路声发射测试：压电陶瓷可以应用于声发射传感器，用于检测管路中的泄漏或其他故障。

测试时，将压电陶瓷传感器安装在管路上，并进行正常运行的测试过程。

通过监测传感器产生的压电信号变化，可以识别管路中是否存在泄漏或故障。

4.微观结构分析：压电陶瓷的微观结构对其性能具有重要影响，因此需要进行微观结构分析。

常用的方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等。

通过这些技术，可以观察到材料的晶粒结构、晶格畸变和缺陷等信息，从而评估材料的质量和性能。

5.稳态和瞬态性能测试：为了确定压电陶瓷的稳态和瞬态性能，需要进行相应的测试。

稳态性能测试主要包括电压-位移曲线测试和电压-电荷曲线测试，通过施加不同的电压并测量相应的位移或电荷，来评估材料对电场刺激的响应。

瞬态性能测试主要包括步进响应测试和冲击响应测试，通过输入瞬态电压或冲击信号，测量材料的响应时间和能量转换效率。

上述仅是压电陶瓷测试方法的一小部分举例，实际测试方法应根据具体应用和需求进行选择和设计。

测试方法的选取应考虑准确性、重复性、可靠性和可操作性等因素，以确保对压电陶瓷材料进行准确全面的评估。

用迈克尔逊干涉仪测量压电陶瓷的电致伸长系数

用迈克尔逊干涉仪测量压电陶瓷的电致伸长系数
吴振德;江一德
【期刊名称】《大学物理》
【年(卷),期】1988(000)010
【摘要】本文简述了测量压电陶瓷电致伸缩的原理和方法，用双变量统计法计算压电陶瓷准线性区内的电致伸长系数．
【总页数】3页(P34-35,33)
【作者】吴振德;江一德
【作者单位】华东师范大学
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.3
【相关文献】
1.利用线阵CCD的迈克尔逊干涉仪测量压电材料的压电系数 [J], 肖化;漆建军
2.用迈克尔逊干涉仪测量金属的线膨胀系数 [J], 侯俊江;崔景闯;林峰;林上金;胡澄
3.迈克尔逊干涉仪测定金属线胀系数实验分析--升温测量和降温测量 [J], 汤国富;范婷
4.以改进的迈克尔逊干涉仪测量LED封装材料的热膨胀系数 [J], 李相剑;李华祯;郑改革;陈玉林;张成义
5.利用共焦球面扫描干涉仪测量压电陶瓷伸长灵敏度 [J], 张宇;冯璐;张诚;史庆藩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

磁致伸缩系数的测量

Байду номын сангаас
2 、在20mΩ和200mΩ量程时不要长时间开路。在此两个量程时，输出测试端电压被钳制在0.8V，若长时间开路，则当量程切换到高阻抗量程时，测试端开路时显示无法显示UUUU，而会呈现数字乱跳的现象。 3 、仪器所处的量程的识别本仪器有从20mΩ和20kΩ七个量程，要正确选择量程，必须先会识别当前仪器所处的量程。方法如下：对于每一量程，仪器有固定的单位和小数点指示。可以用20000填满仪器的五个数码管，再依照小数点和单位的指示就可读出当前的量程。例如：当前单位指示mΩ,小数点在第二位，则仪器处在20.000mΩ 量程档，即此档最大能测试20.000mΩ，最小适宜测 2.0000mΩ的电阻。
三、实验内容
1 、熟悉TH2512B型智能低电阻测试仪。
2 、利用智能低电阻测试仪和应变电阻测试磁体的磁
致伸缩系数λ。
四、实验步骤
1 、开机预热 TH2512B型智能低电阻测试仪开机，测试前必须预热10分钟以上，以等待仪器内部线路电参数稳定。 2 、测试应变电阻的阻值。 3 、把磁体粘结于应变电阻上，绕上线圈，通以直流电流，使磁体磁化，再测应变电阻的电阻值。 4 、根据应变电阻的阻值查表，得到磁体的磁致伸缩系数λ 5 、改变线圈中电流的大小，重复步骤3、4、5，从而可得 λ~H关系，并求出λs。
磁体在外磁场中磁化时，其形状与体积发生变化，这种现象叫磁致伸缩。表征磁致伸缩的磁性参数为磁致伸缩系数，当磁场H达到饱和磁化场时，纵向磁致伸缩为一确定值 λs— 饱和磁致伸缩系数。
一、实验目的
1 、掌握通过应变电阻阻值变化测试材料磁致伸缩系数的原理和方法。 2 、理解磁致伸缩系数λ与磁化场H之间的关系。
五、注意事项

压电陶瓷实验报告

压电陶瓷实验报告压电陶瓷微位移性能测量实验报告一、实验目的：1、了解压电陶瓷的性能参数；2、了解电容测微仪的工作原理，掌握电容测微仪的标定方法；3、掌握压电陶瓷微位移测量方法；二、实验仪器：电容测微仪一台：型号JDC-2000测微台架一台：型号BCT－5C，斜度1:50直流调压器一台：电压量程（0～300V）标定平铁板一块压电陶瓷管一根三、实验原理：（一）利用测微台架标定电容测微仪在测微台架的台架上放置一金属平板，将电容测微仪探头用测微台架夹紧，使探头的端面与平板平行，见图1，移动测微台架的旋钮，分别读出测微仪移动示值和电容测微仪的示值。

这样得到一组数据即可对电容测微仪进行标定。

图1 电容侧微仪标定原理图（二）用标定后的电容测微仪测量压电陶瓷管的线性度在电容测微仪的线性区（对应机械标定仪的某个位置），通过可调直流电源按一定间隔改变直流电压（见图2），分别对压电陶瓷加压，使之分别产生轴向变形（见图3）和弯曲变形（见图4），从而得到压电陶瓷的伸长与偏转量与施加其上的电压的关系。

图2 可调高压电源图3 测压电陶瓷轴向伸缩图4测压电陶瓷侧向弯曲四、实验步骤（一）标定电容测微仪的线性度１、实验前，了解实验原理及其实验注意事项，并检查实验仪器是否齐全。

２、使用仪器前，将传感器端面与被测物（标定平铁板）表面用汽油认真清洗干净，以清洗掉杂质及灰尘微粒；而后将电源线和传感器与电缆分别连接好并拧紧。

３、将标定平铁板安放在测微台架的台架上，而后用夹具将电容传感器探头夹紧，接着上下调整探头使探头与标定平铁板距离接近测量区。

４、为便于进行数据分析，可将测微台架示值调至某一合适值，并将电容测微仪示值调零，而后进行实验；实验采用一人细调（等间距）测微台架，另一人记录的方式，为了标定线性区，测定线性误差，调值采用先等间距调至140μm，再等间距调回的方法。

（为了节约时间，调值范围为0～140μm，调值间距为5μm，共计读29个数。

材料物理-性能测试实验之压电陶瓷的压电性能测量

实验一压电陶瓷的压电性能测量一、实验目的1. 了解压电陶瓷元件的电性能参数2. 掌握压电应变常数d 33的测试原理和测试技术3. 掌握谐振法测定压电振子的频率响应曲线及压电耦合系数的测试原理的方法二．实验原理压电陶瓷元件在极化后的初始阶段，压电性能要发生一些较明显的变化，随着极化后时间的增长，性能越来越稳定，变化量也越来越小，所以，试样应存放一定时间后再进行电性能的测试。

一般最好存放10天。

按压电方程，其压电材料的d 33常数定义为：T E E S T D d )()(333333== 此处，D 3及E 3分别为电位移和电场强度；T 3及S 3分别为应力和应变。

对于仪器的具体情况，上式可简化为：FCVF Q A F A Q d ==÷=)()(33，这时，A 为试样的受力面积；C 为与试样并联的比试样大很多（如大100倍）的大电容，以满足测量d 33常数时的恒定电场边界条件。

在仪器测量头内，一个约0.25N,频率为110Hz 的低频交变力，通过上下探头加到比较样品与被测试样上，由正压电效应产生的两个电信号经过放大、检波、相除等必要的处理后，最后把代表试样的d 33常数的大小及极性送三位半数字面板表上直接显示。

准静态法比通常的静态法精确。

静态法由于压电非线性及热释电效应，测量误差可达30%~50%。

三．仪器设备ZJ-3准静态d33测量仪（的测量头结构外观见下图。

四、实验步骤1.一般操作（1）选档：试样电容值小于0.01μF 对应×1档，小于0.001μF 对应×0.1档。

（2）用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好。

（3）把附件盒内的塑料片插于测量头的上下两探头之间，调节测量头顶端的手轮，使塑料片刚好压住为止。

（4）把仪器后面板上的“d 33-力”选择开关置于“d 33”一侧。

（5）使仪器后面板上的d 33量程选择开关，按照被测样品的d 33估计值，处于适当位置。

压电陶瓷微纳米伸缩量测试系统

ｍｆｍｉｒ－ａｏｄｌｔｏｆｔｅｐｅｏｌｃｒｃｃｒｍｉｓｅｔｓｉｇｓｓｅｏｃｏｎｎｉｉｎｏｈｉｚｅｅｔｉｅａｃａ
ＣＨＥＮｈｏＨＥＹ－ｎＺＮＧｉｕＣａ，ｕｌ，ＨＡｉＨａ－ｎｊ
微仪进行测定。实验结果表明，利用该系统可以很方便地测量压电陶瓷管的伸缩，其伸缩量随着电压的变化而变化，并非成简单的线性关系，但而是呈一务曲线。
关键词：压电陶瓷；伸缩量；电感测微仪
中图分类号：Ｍ２１Ｔ８
ｗｈｃｐｌｄｂｔｅｈｎｉｅａｄｏｔｉｅｏｈｉｅｉｈｉａｐｉｅｗｅｎｔｉｓｄｎｕｓｄｆｔｅｐｐ．ＴｈｏｔｇｅｅａｅｙａＤ／ｔａｓｅｓｅｅｅｖｌａｅｉｇｎｒｔｄｂＡｒｎｆｒｓ
ｃｎｒｌｄｂｏｕｅ；ｉｉｍｐｉｉｄｂｈｏｖｌｇｎｇｏｔｇｅｕｎｉ１ｏｔｏｌｙｃｍｐｔｒｔｓａｌｅｙｔｅｌｗｏｔｅａｄｈｈｖｌｅｓｑｅｔａ．ｅｆａｉａｅｄｌｔｎｏｉｉｆａｏ
（浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江杭州３０２）１０７
摘要：介绍了一种压电陶瓷的微纳米伸缩量的测试系统。该系统是通过调节加在陶瓷
管内外管壁上的电压变化来实现陶瓷管的伸缩，其驱动电压由计算机编程并经过Ｄ／转Ａ
换后输出，再依次通过低压和高压放大后加在陶瓷管壁上。压电陶瓷的伸缩量则由电感测

压电陶瓷电致伸缩系数的测量.

本科毕业论文（自然科学）题目：用迈克尔逊干涉仪测量压电陶瓷电致伸缩系数院（系、部）：物理系学生姓名：史新梦指导教师：王鸿雁职称教授2016年5月10日河北科技师范学院教务处制资料目录1. 学术声明…………………………………………………………………………… 1 页2. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）……………………………1~11 页3. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）任务书………………….1~2页4. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）开题报告……………1~3页5. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）中期检查表………… 1 页6. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）答辩记录表………… 1 页7. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）成绩评定汇总表……1~2页8 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）工作总结……………1~3页9 其他反映研究成果的资料（如公开发表的论文复印件、效益证明等）……………………………………………………………1~17页河北科技师范学院本科毕业论文用迈克尔逊干涉仪测量压电陶瓷电致伸缩系数院（系、部）名称：物理系专业名称：物理学学生姓名：史新梦学生学号：1112120115指导教师：王鸿雁2016年5月10日河北科技师范学院教务处制学术声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本学位论文的知识产权归属于河北科技师范学院。

本人签名：日期：指导教师签名：日期：摘要在各种微位移材料中以电致伸缩微位移器性能突出( 具有施加电压低、位移量大、滞后小、重复性好、无老化等特点)，而压电陶瓷具有很好的电致伸缩性能，因此对于压电陶瓷电致伸缩系数的测量成了人们关注的焦点。

用激光干涉法测量电致伸缩系数

将贴有平面反射镜的压电陶瓷固定在迈克耳孙干涉仪的动臂上. 测量时先调节干涉仪使之出现等倾干涉条纹( 明暗相间的同心圆) . 当调节仪器右侧的微动手轮时, 圆形干涉条纹将向中心缩进或扩出. 由于等倾干涉定域于无穷远, 故要用一会聚透镜将明暗相间的同心圆环投射到 LM 501CCD 光强仪的接收窗口. L M501CCD 的接收窗口处是线阵 CCD 器件, 其 2 048 个光敏元线列有效长度为 28. 6 mm , 光敏元尺寸为 14 m
表 1 升压过程 n 和 U 的测量数据
n
U/ V
0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
1
33
2
55
3
83
4
10 7
5
12 9
6
15 3
7
17 2
8
19 0
9
20 9
10
22 8
n
U/ V
11
2 47
12
2 67
13
2 84
14
3 02
15
3 20
16
3 36
17
3 54
18
3 72
19
3 90
20
4 04
21
4 23
n
U/V
22
4 36
Un U2
=
0.
056
9,
a= n- bU= - 3. 02 ,
n=
( 1- r N (N
2) -
Un 2)
=
0.
328,
b=
n
= 1. 44 10- 3 .
N ( U 2 - U2 )

电致伸缩

实验压电陶瓷的电致伸缩系数的测量迈克尔逊干涉仪是一种用分振幅方法产生双光束，以实现干涉的仪器，它在近代物理和计量技术中有着广泛的应用，YJ-MDZ-II压电陶瓷电致伸缩实验仪利用了迈克尔逊干涉仪的原理, 测定压电陶瓷的电致伸缩系数。

1实验目的（1）了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法；（2）观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象；（3）利用电致伸缩实验仪观察研究压电陶瓷的电致伸缩现象，测定压电陶瓷的电致伸缩系数。

2实验仪器YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪。

3仪器介绍YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪由机械台面、半导体激光器、千分尺、杠杆放大装置等一个机械台面固定在底座上，底座上有4个调节螺钉，用来调节台面的水平，在台面上装有半导体激光器、分光板G1、补偿板G2、反光镜M1、反光镜M2、毛玻璃屛、千分尺、10:1杠杆放大装置，台面下装有激光电源插座。

调节千分尺x（mm）可使反光镜M1沿反光镜垂直方向移动x/10（mm）。

反射镜M1M2可沿导轨移动，M1M2二镜的背面各有二个螺钉，可调节镜面的倾斜度。

4实验原理4.1YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪的原理光路图2 YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪的原理光路图3 等倾干涉如图2所示，从光源S发出的一束光经分光板G1的半反半透分成两束光强近似相等的光束1和2，由于G1与反射镜M1和M2均成450角，所以反射光1近于垂直地入射到M1后经反射沿原路返回，然后透过G1而到达E，透射光2在透射过补偿板G2后近于垂直地入射到M2上，经反射也沿原路返回，在分光板后表面反射后到达E处，与光束1相遇而产生干涉，由于G2的补偿作用，使得两束光在玻璃中走的光程相等，因此计算两束光的光程差时，只需考虑两束光在空气中的几何路程的差别。

从观察位置E处向分光板G1看去，除直接看到M1外还可以看到M2被分光板反射的象，在E处看来好象是M1和M/2反射来的,因此干涉仪所产生的干涉条纹和由平面M1与M’2之间的空气薄膜所产生的干涉条纹是完全一样的，这里M’2仅是M2的像，M1与M’2之间所夹的空气层形状可以任意调节，如使M1与M’2平行（夹层为空气平板）、不平行（夹层为空气劈尖）、相交（夹层为对顶劈尖）、甚至完全重合，这为讨论干涉现象提供了极大的方便，这也是本仪器的长处之一，长处之二是迈克尔逊干涉仪光路中把两束相干光相互分离得很远，这样就可以在任一支光路里放进被研究的东西，通过干涉图像的变化可以研究物质的某些物理特性，如气体折射率等，也可以测透明薄板的厚度。

讲义-压电陶瓷的电致伸缩系数的测量

实验33 压电陶瓷的电致伸缩系数的测量迈克尔逊干涉仪是一种用分振幅方法产生双光束，以实现干涉的仪器，它在近代物理和计量技术中有着广泛的应用，YJ-MDZ-II压电陶瓷电致伸缩实验仪利用了迈克尔逊干涉仪的原理, 测定压电陶瓷的电致伸缩系数。

1实验目的（1）了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法；（2）观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象；（3）利用电致伸缩实验仪观察研究压电陶瓷的电致伸缩现象，测定压电陶瓷的电致伸缩系数。

2实验仪器YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪。

3仪器介绍YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪由机械台面、半导体激光器、千分尺、杠杆放大装置等一个机械台面固定在底座上，底座上有4个调节螺钉，用来调节台面的水平，在台面上装有半导体激光器、分光板G1、补偿板G2、反光镜M1、反光镜M2、毛玻璃屛、千分尺、10:1杠杆放大装置，台面下装有激光电源插座。

调节千分尺x（mm）可使反光镜M1沿反光镜垂直方向移动x/10（mm）。

反射镜M1M2可沿导轨移动，M1M2二镜的背面各有二个螺钉，可调节镜面的倾斜度。

4实验原理4.1YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪的原理光路图2 YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪的原理光路图3 等倾干涉如图2所示，从光源S发出的一束光经分光板G1的半反半透分成两束光强近似相等的光束1和2，由于G1与反射镜M1和M2均成450角，所以反射光1近于垂直地入射到M1后经反射沿原路返回，然后透过G1而到达E，透射光2在透射过补偿板G2后近于垂直地入射到M2上，经反射也沿原路返回，在分光板后表面反射后到达E处，与光束1相遇而产生干涉，由于G2的补偿作用，使得两束光在玻璃中走的光程相等，因此计算两束光的光程差时，只需考虑两束光在空气中的几何路程的差别。

从观察位置E处向分光板G1看去，除直接看到M1外还可以看到M2被分光板反射的象，在E处看来好象是M1和M/2反射来的,因此干涉仪所产生的干涉条纹和由平面M1与M’2之间的空气薄膜所产生的干涉条纹是完全一样的，这里M’2仅是M2的像，M1与M’2之间所夹的空气层形状可以任意调节，如使M1与M’2平行（夹层为空气平板）、不平行（夹层为空气劈尖）、相交（夹层为对顶劈尖）、甚至完全重合，这为讨论干涉现象提供了极大的方便，这也是本仪器的长处之一，长处之二是迈克尔逊干涉仪光路中把两束相干光相互分离得很远，这样就可以在任一支光路里放进被研究的东西，通过干涉图像的变化可以研究物质的某些物理特性，如气体折射率等，也可以测透明薄板的厚度。

压电陶瓷电致伸缩系数文献综述

河北科技师范学院本科毕业论文文献综述院（系、部）名称：物理系专业名称：物理学学生姓名：***学生学号：1112120115指导教师：***2016 年 1 月 5 日摘要压电陶瓷是一种具有压电效应功能的陶瓷材料，已被用于许多领域。

本文主要对压电陶瓷的特性、电致伸缩材料研究的新进展、微小形变的测量方法进行了综述。

同时简要介绍了压电陶瓷电致伸缩系数的测量。

关键词：压电陶瓷；电致伸缩；微小位移1引言1.1研究意义伴随着科技的迅猛发展, 在电子学、光学、精细加工、航空航天及扫描隧道效应和小型电机显微镜等技术领域迫切需要亚微米级的微位移技术。

如光通讯聚焦技术、大规模集成电路设备、移动微电机等。

由于温度、振动和噪音等环境因素拢动, 都会造成位置偏差,要达到亚微米超情控制还是很困难的［1］。

在各种微位移器中以电致伸缩微位移器性能突出( 具有施加电压低、位移量大、滞后小、重复性好、无老化等特点), 从而引起人们高度重视。

而压电陶瓷具有良好的电致伸缩性能。

因此对于压电陶瓷电致伸缩的研究成了人们关注的焦点。

1.2国内外研究现状BaTiO3是最早的有实用价值的压电陶瓷，具有可制成任意形状和任意极化方向等优点。

50‐80年代期间，锆钛酸铅问世，极化时可获得高压电活性和高介电常数，压电常数是BaTiO3的两倍。

内野等人对电致伸缩材料及其力学性质进行了细致的研究［2-3］。

张涛等人研究了压电陶瓷的特性[4-5]。

80年代以来，发展了两种新型的PbTiO3陶瓷。

改良的陶瓷具有强的压电各向异性的优点，优于PZT和PT。

孙立宁、王裕斌等人研究了电致伸缩及其应用[6-7]。

90年代初，通过米用所研制的H R P D 系列压电/ 电致伸缩陶瓷驱动电源对W T D S 一I 电致仲缩微位移器进行了实验研究, 得出来用电极化强度控制的方法使电致伸徽位移器的迟滞由原来的15 % 减小到1 %, 蠕变由原来的1 0 % 减小到1%, 并实现位移输出的线性化[8-9]。

陶瓷电性能的测定 (压电陶瓷d33的测定)

3、准静态法：保留了动态法和静态法测量的优点，对被测试样形状尺寸的要求放得很宽（片状、柱状、条状、圆管状、圆环状甚至是半球壳等各种形状、尺寸的试样均能测量），其实用性更强。此外还具有测量范围宽，分辨率细，可靠性高，操作简单快捷等诸多特点。
二、实验原理：
仪器发出电驱动信号，使测试头内的电磁驱动
四、实验步骤：
1、用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好，接通电源。 2、把附件盒内的Φ20尼龙片插入测量头的上下探头之间，调节手轮，使尼龙片刚好压住为止。 3、把仪器后面板上的“显示选择”开关置于“d33”一侧，此时前面板右上方绿灯亮；“量程选择”开关一般置于“×1”档即可。 4、按下“快速模式”，仪器通电预热10分钟后，调节“调零”旋钮使面板指示在“0”与“－0”之间跳动，调零即完成，撤掉尼龙片开始测量。调零一律在“快速模式”下进瓷电性能的测定
（压电陶瓷d33的测定）
压电常数d33是压电陶瓷重要的特性参数之一，它是压电介质把机械能（或电能）转换为电能（或机械能）的比例常数，反映了应力或应变和电场或电位移之间的联系，直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱。
一、测试方法：
1、动态法：压电常数精度高，但对被测试样的形状、尺寸有严格的限制，测量方法也非常烦琐，同时还存在无法测得试样极性的缺陷； 2、静态法：操作比较简单，还能同时测出被测试样的压电常数值和极性，但对被测试样的形状、尺寸要求也比较苛刻，特别是由于静态法测量中所施加的作用力较大以及压电材料固有的非线性现象和热释电效应，造成测量误差较大，测试结果可信度差。
部分产生一个约0.25牛顿，频率为110赫兹的低频
交变力，通过上下探头加到被测试样和内部的比较样品上，由于两者在力学上串联，因而所受到的交变力相等。由正压电效应产生出的两个压电电信号再由仪器处理后，即显示其d33值和极性。

基于电致伸缩实验仪的压电陶瓷特性研究

基于电致伸缩实验仪的压电陶瓷特性研究摘要】通过对迈克尔逊干涉仪光路的调整，使光电探头的响应电压与三角波驱动电压的频率一致且峰－峰值最大。

【关键词】迈克尔逊干涉仪；压电陶瓷；峰－峰值；伸长位移中图分类号：TN911 文献标识码：Ａ一、实验设计实验装置如图１所示，其中半导体激光器的激光波长为650nm，波形发生器可产生驱动电压为1～20V的三角波电压。

实验中采用的压电陶瓷材料为管状，长为40mm，壁厚为1mm，在内、外壁上镀电极，用来施加电压，在陶瓷管的一端装反射镜，可在迈克尔逊干涉仪中充当反射镜使用。

将光电探头信号和波形发生器信号连入数字示波器，可比较驱动电压、光电探头响应电压的峰－峰值和频率。

图1压电陶瓷动态特性研究实验装置图当用光电探头替代光屏，并施加周期性的驱动电压信号时，压电陶瓷将发生周期性的振动，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉条纹也将发生周期性的移动，干涉条纹所对应的光场强度也会发生相应的变化。

二、光路调整如果我们能找到合适的驱动电压使压电陶瓷位移量正好为λ／4，且接收信号的电压波形峰－峰值的最大，那么光电探头响应电压的波形将会是与驱动电压波形同频率、其峰－峰值最大的一个完整波形。

这样我们就可研究驱动电压与接收信号的峰－峰值电压的关系，以及驱动电压与伸长位移量之间的关系。

光路调整前先加一个较大的驱动电压，驱动电压频率为2800Hz。

仔细调整迈克尔逊干涉仪反射镜后的调节螺丝（让相干光完全重合）、半导体激光器后的调节螺丝（调整干涉光斑的位置）、光电探头后的调节螺丝（调整光电探头接收角度），让光电探头响应电压的峰－峰值最大，如图２所示。

图２响应电压的峰－峰值响应电压波形出现双峰的原因是驱动电压过大，压电陶瓷伸长位移大于λ／4，干涉条纹光强变化超过最大值后对应减少，便会在波形的峰值和谷值出现双峰。

然后，继续调整各调节螺丝，使响应电压波形出现的双峰左右对称。

此时，降低驱动电压，在实验中当驱动电压降到12.8V时，双峰消失，变成单峰，出现与驱动电压频率相同、且峰－峰值最大的完整波形。

压电陶瓷振动的干涉测量实验报告

一、实验目压电陶瓷振动的干涉测量实验报告的与实验仪器1.实验目的（1）了解压电陶瓷的性能参数；?（2）了解电容测微仪的工作原理，掌握电容测微仪的标定方法；? （3）、掌握压电陶瓷微位移测量方法。

2.实验仪器压电陶瓷材料（一端装有激光反射镜，可在迈克尔逊干涉仪中充当反射镜）、光学防震平台、半导体激光器、双踪示波器、分束镜、反射镜、二维可调扩束镜、白屏、驱动电源、光电探头、信号线等。

二、实验原理1. 压电效应压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释。

晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象，因此压电陶瓷的压电性与极化、形变等有密切关系。

1) 正压电效应：压电晶体在外力作用下发生形变时，正、负电荷中心发生相对位移，在某些相对应的面上产生异号电荷，出现极化强度。

对于各向异性晶体，对晶体施加应力时，晶体将在 X，Y，Z 三个方向出现与应力成正比的极化强度，即：E = g·T（g为压电应力常数），2) 逆压电效应：当给压电晶体施加一电场 E 时，不仅产生了极化，同时还产生形变，这种由电场产生形变的现象称为逆压电效应，又称电致伸缩效应。

这是由于晶体受电场作用时，在晶体内部产生了应力（压电应力），通过应力作用产生压电应变。

存在如下关系：S = d·U（d为压电应变常数）对于正和逆压电效应来讲， g和d 在数值上是相同的。

2. 迈克耳逊干涉仪的应用迈克耳逊干涉仪可以测量微小长度。

上图是迈克耳逊干涉仪的原理图。

分光镜的第二表面上涂有半透射膜，能将入射光分成两束，一束透射，一束反射。

分光镜与光束中心线成 45°倾斜角。

M1和 M2为互相垂直并与分束镜都成 45°角的平面反射镜，其中反射镜 M1后附有压电陶瓷材料。

由激光器发出的光经分光镜后，光束被分成两路，反射光射向反射镜 M1（附压电陶瓷），透射光射向测量镜 M2（固定），两路光分别经 M1、M2反射后，分别经分光镜反射和透射后又会合，经扩束镜到达白屏，产生干涉条纹。