基于數(shù)字正交的壓電材料參數(shù)測試系統(tǒng)研究.pdf

1、現(xiàn)代壓電材料的應(yīng)用越來越廣泛，主要包括利用正壓電效應(yīng)的壓電換能器與利用逆壓電效應(yīng)的壓電驅(qū)動器等，壓電材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大必然要求對包括諧振頻率、阻抗、機(jī)械品質(zhì)系數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)等常用壓電參數(shù)更為準(zhǔn)確的測量。
　　 傳統(tǒng)的壓電測試方法的主要設(shè)計思路是將壓電測試樣品加入測量回路中，通過調(diào)整信號源的頻率，從測量回路中元件電壓和電流來計算各壓電參數(shù)。目前壓電測試技術(shù)已經(jīng)從傳輸線法和IRE標(biāo)準(zhǔn)法等傳統(tǒng)方法發(fā)展到矢量阻抗法。測量精度的不斷

2、提高對測試環(huán)境的要求也更加嚴(yán)格，現(xiàn)在的高精度測試系統(tǒng)中都要求信號源是低失真度的正弦波信號，但是由于輸出高頻低失真度的正弦波激勵信號對測試信號源要求非常高，從而限制了壓電測試的精度與范圍。
　　 針對以上問題，本文將數(shù)字正交采樣的方法引用到壓電測試中。對壓電參數(shù)的測試方法、正交采樣的理論兩方面進(jìn)行了研究，完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計并給出了相應(yīng)的軟硬件實現(xiàn)方式。系統(tǒng)以DSP芯片TMS320F2812為核心，使用晶振和計數(shù)器82C54為信號源，

3、軟件控制自動選擇參考量程，由高精度的采樣芯片AD7654采樣樣品和量程電阻兩端的電壓信號，然后將采樣得離散數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)字濾波正交采樣算法得到同向序列與正交序列，從而計算壓電材料的阻抗，并通過阻抗隨頻率變化的趨勢來確定諧振頻率，通過外部電橋來測量自由電容，最后計算出機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)等壓電參數(shù)，并對測試結(jié)果進(jìn)行了誤差分析。
　　 測試結(jié)果表明，這種方法能夠測量諧振頻率與機(jī)械品質(zhì)因數(shù)等大部分壓電參數(shù)，諧振頻率測量誤差在1％