鐵電薄膜電滯回線測量系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、鐵電薄膜作為一種功能薄膜在MEMS領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，例如，PZT薄膜因具有良好的壓電、鐵電、介電、電光等效應(yīng)，而被應(yīng)用于微能源收集器、微加速度計、微力傳感器、聲表面波器件等MEMS器件的制作。在MEMS器件中，功能薄膜的質(zhì)量往往決定了器件的性能，因此測量功能薄膜特性參數(shù)有著重要的意義。電滯回線是鐵電薄膜的重要特性，一方面它能反映材料的鐵電特性；另一方面還可以得到其他相關(guān)參數(shù)，例如，剩余極化強(qiáng)度，它可以用于估計材料的壓電系數(shù)。國外關(guān)于鐵電

2、體的特性參數(shù)測量研究起步較早，已經(jīng)設(shè)計出許多先進(jìn)的測量儀器，但是這些儀器價格昂貴。國內(nèi)很多高校研制了電滯回線測量儀器，但是這些儀器與國外同類型儀器相比普遍存在測量精度差、體積大、適用范圍窄的缺點。
　　目前，電滯回線的測量方法主要包括沖擊檢流計法和Sawyer-Tower電路法，后者由于測量方法簡單、成本低等特點，已經(jīng)成為電滯回線測量的主流方法。本文針對科研工作中對鐵電薄膜電滯回線測量的需求，對鐵電薄膜的電滯回線測量進(jìn)行了研究。設(shè)

3、計制作了鐵電薄膜電滯回線測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)產(chǎn)生的激勵電壓最大幅值為40V，最高頻率為1KHz，能適應(yīng)絕大多數(shù)鐵電薄膜電滯回線的測量。該測試系統(tǒng)除了可以得到鐵電薄膜的電滯回線以外，同時還可以得到材料線性電容、漏電阻、飽和極化強(qiáng)度、剩余極化強(qiáng)度、矯頑電場等參數(shù)，并且系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲功能。以PZT薄膜為測試材料對系統(tǒng)進(jìn)行了測試試驗，實驗結(jié)果表明：所測電滯回線的結(jié)果是可信的。本文的主要工作如下：
　?、傧到y(tǒng)的測量方法為Sawyer-Towe

4、r電路法，以此為基礎(chǔ)設(shè)計系統(tǒng)了硬件電路。電路能夠完成電滯回線的測量、正弦信號的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)的采集以及系統(tǒng)的供電，根據(jù)系統(tǒng)資源需要選定了FPGA核心板。
　?、谝訯uartusⅡ軟件為平臺設(shè)計了FPGA的時序邏輯。整個時序邏輯包括A/D驅(qū)動、FIFO、DDS、串口通信等模塊，通過軟件自帶的仿真功能，對各模塊進(jìn)行功能性仿真。根據(jù)所設(shè)計的功能模塊搭建頂層原理圖。
　?、垡?LabVIEW為基礎(chǔ)設(shè)計系統(tǒng)的前面板以及程序框圖。前面板完成