實驗名稱：多層陶瓷的振動性能研究

測試設(shè)備：電壓放大器、波形發(fā)生器、機械振動測試儀、激光發(fā)射器、計算機等。

實驗過程：

圖1：機械振動測試系統(tǒng)構(gòu)造圖

壓電陶瓷在電場下的振動速度采用機械振動測試儀測試系統(tǒng)來分析得到，附帶激光發(fā)射器、減震平臺、波形發(fā)生器、高壓放大器、控制計算機等，其測試系統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示。

圖2：壓電陶瓷振動的時域信號和頻域信號

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

實驗結(jié)果：

圖3：不同電壓下多層陶瓷位振速的時域信號

圖3給出了不同輸入電壓下多層陶瓷振速的時域曲線，電壓信號的頻率均為100Hz。由圖可知，各曲線都呈現(xiàn)完美的正弦波形，說明樣品的振動受外界干擾較小，信噪比良好。隨著輸入電壓的增大，振動速度的幅值也逐漸增大，各個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，多層陶瓷的振速最大為1.86mm/s。相同頻率時，電壓越大，單位時間內(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域信號

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域曲線，其中輸入的電壓大小均為320V。由圖可知，陶瓷的振動速度隨著電壓頻率的上升逐漸增大。圖6為各個頻率下陶瓷振速的最大值，當(dāng)電壓頻率為500Hz時，振速可以達到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