LGS與石英壓電傳感器性能對(duì)比研究.pdf

1、石英傳感器因其靜態(tài)剛度好，靈敏度高、分辨率高，固有頻率高、頻響和瞬態(tài)響應(yīng)好，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，從上世紀(jì)40年代問(wèn)世以來(lái)，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在許多科學(xué)領(lǐng)域和工程測(cè)試中發(fā)揮著不可替代的作用。
　　然而人類(lèi)對(duì)于功能性材料高品質(zhì)、高性能的追求從來(lái)都沒(méi)有停止。隨著人工晶體技術(shù)的不斷完善，新型壓電性晶體種類(lèi)不斷增多。其中，硅酸鎵鑭(La3Ga5SiO14，LGS)晶體是一種性能優(yōu)異的新型壓電晶體材料。因其常溫下的壓電系數(shù)約為石英的2-3倍，至熔

2、點(diǎn)(1300-1500℃)不存在相變，且同時(shí)具備比石英晶體更高的阻抗，更大的介電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)的性能特點(diǎn)，從而得到了廣泛的關(guān)注。LGS晶體在諧振器、光電開(kāi)關(guān)和濾波器中已經(jīng)得到了應(yīng)用，但在測(cè)力傳感器方面還沒(méi)有公開(kāi)的報(bào)道。
　　本文開(kāi)展了LGS與石英壓電傳感器的性能對(duì)比研究，進(jìn)行了LGS晶片加工工藝、特定切型LGS晶片壓電靈敏度系數(shù)和晶組制備等實(shí)驗(yàn)研究。研發(fā)了一種LGS三向力傳感器，并對(duì)該傳感器進(jìn)行了靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定，獲得了其性

3、能參數(shù)。主要研究?jī)?nèi)容有:
　　(1) LGS晶片的制備工藝研究。制作LGS傳感器的重要前提是獲取具有確定靈敏度系數(shù)的xy切型和yx切型壓電晶片。本文基于壓電晶體切削實(shí)驗(yàn)得到了主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度優(yōu)化工藝參數(shù)，獲得了設(shè)計(jì)尺寸與表面參數(shù)均符合要求的晶片。完成了對(duì)晶片各個(gè)晶軸方向的標(biāo)定，為單元晶組的制作過(guò)程中晶片方向的定位提供依據(jù)。
　　(2) LGS晶體壓電效應(yīng)研究。通過(guò)對(duì)比石英晶體，從微觀(guān)結(jié)構(gòu)上研究LGS壓電效應(yīng)。自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了

4、一套晶片壓電系數(shù)測(cè)量設(shè)備，完成了晶片壓電系數(shù)的標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)表明LGS-xy切型的壓電系數(shù)是5.5pC/N，LGS-yx切型的壓電系數(shù)是11.0pC/N。
　　(3) LGS與石英壓電傳感器性能對(duì)比研究。本課題開(kāi)發(fā)了結(jié)構(gòu)相同的LGS壓電傳感器和石英壓電傳感器，設(shè)計(jì)并搭建了靜態(tài)及動(dòng)態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別對(duì)集成后壓電傳感器進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。分別得到了傳感器的線(xiàn)性度、重復(fù)性、向間干擾、剛度和固有頻率性能指標(biāo)。經(jīng)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)得到LGS傳感器的