實驗名稱：基于恒壓法的壓電材料大(da)功率測試平(ping)臺

　　研究方向：聚焦于壓電(dian)(dian)(dian)材(cai)料(liao)領域，核心研究(jiu)(jiu)方向是探(tan)究(jiu)(jiu)PT含量(liang)對PMN-PT單晶在(zai)(zai)大功率應用(yong)場景(jing)下性能的影響機(ji)制，并搭建相應測試平臺(tai)獲取關(guan)(guan)鍵(jian)數據，為相關(guan)(guan)器(qi)件(jian)設計提供支(zhi)撐。壓電(dian)(dian)(dian)材(cai)料(liao)能夠(gou)實現機(ji)械能和電(dian)(dian)(dian)能的相互轉換，這一特性使其在(zai)(zai)傳感器(qi)、執行器(qi)以及(ji)高精(jing)度定(ding)位系統等眾多領域都有著舉足輕重的作(zuo)用(yong)。PMN-PT（鈮鎂酸(suan)鉛(qian)-鈦酸(suan)鉛(qian)）單晶作(zuo)為一種新型(xing)壓電(dian)(dian)(dian)材(cai)料(liao)，與(yu)傳統的多晶壓電(dian)(dian)(dian)材(cai)料(liao)相比(bi)，具有更高的壓電(dian)(dian)(dian)系數、機(ji)電(dian)(dian)(dian)耦合系數以及(ji)機(ji)械品質因數，因此在(zai)(zai)研究(jiu)(jiu)和工(gong)業應用(yong)中(zhong)的使用(yong)越(yue)來越(yue)廣泛。

　　（1）壓電(dian)材(cai)(cai)(cai)料(liao)性能(neng)研(yan)(yan)究：壓電(dian)材(cai)(cai)(cai)料(liao)在眾多(duo)領域應用(yong)廣泛，PMN-PT單晶作為新型壓電(dian)材(cai)(cai)(cai)料(liao)優勢突(tu)出。不(bu)過，此前研(yan)(yan)究多(duo)集中(zhong)(zhong)于(yu)低功率(lv)場景，對其大(da)功率(lv)下性能(neng)了解不(bu)足。本(ben)研(yan)(yan)究專注于(yu)PMN-PT單晶在大(da)功率(lv)條件下的(de)性能(neng)表現，通過改變PT含量這(zhe)一關鍵變量，深入剖析其對材(cai)(cai)(cai)料(liao)性能(neng)的(de)影(ying)響。研(yan)(yan)究不(bu)同PT含量的(de)PMN-PT單晶在大(da)功率(lv)激勵時，壓電(dian)系數(shu)、彈性耦合系數(shu)、機(ji)電(dian)耦合系數(shu)和機(ji)械品質因(yin)數(shu)等關鍵參(can)數(shu)的(de)變化規律，進(jin)而全面掌握(wo)材(cai)(cai)(cai)料(liao)在大(da)功率(lv)應用(yong)中(zhong)(zhong)的(de)性能(neng)特點。

　　（2）搭建(jian)大(da)(da)功率測試(shi)平(ping)(ping)臺：為實現上述研究(jiu)目標，基于恒壓(ya)(ya)(ya)法(fa)搭建(jian)了(le)一套完整的(de)大(da)(da)功率測試(shi)平(ping)(ping)臺。選用改(gai)進的(de)恒壓(ya)(ya)(ya)法(fa)，優化觸發機制，減少壓(ya)(ya)(ya)電單晶自熱和(he)退(tui)極化現象，確(que)保實驗數據(ju)的(de)準確(que)性。平(ping)(ping)臺集(ji)成信號發生器(qi)(qi)、高壓(ya)(ya)(ya)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)、示波器(qi)(qi)等設備(bei)，信號發生器(qi)(qi)產生掃頻信號，經高壓(ya)(ya)(ya)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)放(fang)大(da)(da)后作用于壓(ya)(ya)(ya)電材料，示波器(qi)(qi)監測電路電壓(ya)(ya)(ya)和(he)電流，從(cong)而(er)記錄和(he)分析材料在(zai)大(da)(da)功率激勵下的(de)響應，為研究(jiu)提供數據(ju)支撐。

　　（3）為器(qi)件設(she)計提供依據：研究PT含量(liang)對PMN-PT單(dan)(dan)晶大功率(lv)性(xing)能(neng)(neng)的(de)影響，最終目的(de)是為以PMN-PT為敏感(gan)元件的(de)傳感(gan)器(qi)或換(huan)能(neng)(neng)器(qi)設(she)計提供可(ke)靠(kao)(kao)數據支持(chi)。明確不同PT含量(liang)材(cai)料在大功率(lv)下的(de)性(xing)能(neng)(neng)變化(hua)(hua)，有助于工(gong)程師在設(she)計器(qi)件時，根據實際(ji)應用需求，如傳感(gan)器(qi)的(de)靈(ling)敏度、換(huan)能(neng)(neng)器(qi)的(de)能(neng)(neng)量(liang)轉換(huan)效率(lv)等，精(jing)準(zhun)選擇合適PT含量(liang)的(de)PMN-PT單(dan)(dan)晶材(cai)料，進而優化(hua)(hua)器(qi)件性(xing)能(neng)(neng)，提高其在實際(ji)工(gong)作中(zhong)的(de)可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)和穩定性(xing)，推動(dong)相關領域的(de)技術發展和創(chuang)新。

　　實驗目的：研究(jiu)不同PT含量(liang)的PMN-PT單晶在(zai)大功率電(dian)壓激勵下的性能變化(hua)

　　測試設備：信號發生器、ATA-3080功率放大器、溫度監測(ce)設備、材料參(can)數測(ce)量(liang)設備（阻抗分析儀和測(ce)量(liang)儀）等。

　　實驗過程：目前，大(da)功率(lv)測(ce)(ce)試系(xi)統主(zhu)要有恒(heng)(heng)壓法(fa)、恒(heng)(heng)流法(fa)和(he)瞬態脈沖法(fa)三種。本研究采用基于(yu)(yu)改(gai)進(jin)(jin)恒(heng)(heng)壓法(fa)的(de)測(ce)(ce)試方法(fa)。通過改(gai)進(jin)(jin)觸發(fa)(fa)機制，壓電(dian)(dian)(dian)單晶無需長時間在高(gao)(gao)電(dian)(dian)(dian)場激勵下工作，減少(shao)了(le)(le)自熱現象(xiang)，防止壓電(dian)(dian)(dian)材(cai)料退(tui)極化。圖(tu)1展示了(le)(le)基于(yu)(yu)改(gai)進(jin)(jin)恒(heng)(heng)壓法(fa)的(de)測(ce)(ce)試系(xi)統流程圖(tu)。如圖(tu)1所示，信(xin)號發(fa)(fa)生器產生掃頻信(xin)號，經高(gao)(gao)壓放(fang)大(da)器（西安安泰ATA-3080）放(fang)大(da)后(hou)輸(shu)入壓電(dian)(dian)(dian)材(cai)料。壓電(dian)(dian)(dian)材(cai)料在中(zhong)心點被夾持，周圍保(bao)持自由(you)狀態。示波器連(lian)接電(dian)(dian)(dian)壓和(he)電(dian)(dian)(dian)流探頭，用于(yu)(yu)監測(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)路的(de)電(dian)(dian)(dian)壓和(he)電(dian)(dian)(dian)流，收集(ji)的(de)數據輸(shu)出到計(ji)算(suan)(suan)機進(jin)(jin)行分析。掃頻法(fa)記錄壓電(dian)(dian)(dian)換能(neng)器兩端(duan)的(de)電(dian)(dian)(dian)流和(he)電(dian)(dian)(dian)壓。由(you)于(yu)(yu)材(cai)料的(de)阻(zu)抗特性，阻(zu)抗與電(dian)(dian)(dian)流值(zhi)成比例關(guan)系(xi)。因此，相應的(de)電(dian)(dian)(dian)流曲線可用于(yu)(yu)繪(hui)制阻(zu)抗曲線，進(jin)(jin)而確定(ding)材(cai)料的(de)諧(xie)振(zhen)和(he)反(fan)諧(xie)振(zhen)頻率(lv)。這些(xie)頻率(lv)對于(yu)(yu)進(jin)(jin)一步(bu)計(ji)算(suan)(suan)材(cai)料參數至(zhi)關(guan)重要。

　　圖1恒壓(ya)法測試系統

　　實驗結果：結果表明，PT含量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)顯著改變了(le)壓電(dian)(dian)材料的(de)性能，導致相變。PT含量(liang)為26%的(de)PMN-PT單(dan)(dan)(dan)晶(jing)(jing)(jing)在(zai)8W功(gong)(gong)率激勵(li)(li)下，壓電(dian)(dian)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)25%，柔順(shun)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)12%，機(ji)電(dian)(dian)耦(ou)合系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)17%，機(ji)械品(pin)(pin)質(zhi)因數(shu)(shu)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)73%。PT含量(liang)為29%的(de)PMN-PT單(dan)(dan)(dan)晶(jing)(jing)(jing)在(zai)4.49W功(gong)(gong)率激勵(li)(li)下，壓電(dian)(dian)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)33%，柔順(shun)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)20%，機(ji)電(dian)(dian)耦(ou)合系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)21%，機(ji)械品(pin)(pin)質(zhi)因數(shu)(shu)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)78%。PT含量(liang)為33%的(de)PMN-PT單(dan)(dan)(dan)晶(jing)(jing)(jing)在(zai)1.24W功(gong)(gong)率激勵(li)(li)下，壓電(dian)(dian)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)20%，柔順(shun)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)30%，機(ji)電(dian)(dian)耦(ou)合系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)20%，機(ji)械品(pin)(pin)質(zhi)因數(shu)(shu)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)55%。這些結果表明，較(jiao)高的(de)PT含量(liang)使PMN-PT單(dan)(dan)(dan)晶(jing)(jing)(jing)在(zai)大(da)功(gong)(gong)率應(ying)用中對溫(wen)度效應(ying)更敏(min)感(gan)，從而降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)了(le)功(gong)(gong)率耐受性，增(zeng)加(jia)(jia)(jia)了(le)退(tui)極化的(de)風險(xian)。本研(yan)究首次(ci)詳細(xi)闡(chan)述(shu)了(le)不同PT含量(liang)的(de)PMN-PT單(dan)(dan)(dan)晶(jing)(jing)(jing)在(zai)大(da)功(gong)(gong)率應(ying)用中的(de)性能，與以往研(yan)究有顯著差異(yi)，填補(bu)了(le)文獻中的(de)空白。

　　圖2不同PT含(han)量的(de)PMN-PT單晶的(de)彈性柔順(shun)系數(shu)，壓電系數(shu)，機(ji)電耦(ou)合系數(shu)以及機(ji)械品質因數(shu)

　　產(chan)品推薦：ATA-3080C功率(lv)放(fang)大器

　　圖：ATA-3080C功率放大器指標參數

　　西安安泰(tai)電(dian)子是專業(ye)從事功(gong)(gong)率(lv)放(fang)大器(qi)(qi)、高壓放(fang)大器(qi)(qi)、功(gong)(gong)率(lv)信號(hao)源(yuan)、前置微小信號(hao)放(fang)大器(qi)(qi)、高精(jing)度(du)電(dian)壓源(yuan)、高精(jing)度(du)電(dian)流(liu)源(yuan)等電(dian)子測量儀器(qi)(qi)研(yan)發、生產和銷售(shou)的(de)高科技企業(ye)，為(wei)用戶提(ti)供具有(you)競爭力的(de)測試方(fang)案。Aigtek已經成為(wei)在業(ye)界擁有(you)廣泛產品線，且具有(you)相當規模的(de)儀器(qi)(qi)設(she)備供應商(shang)，樣(yang)機(ji)都支持免費試用。如想了解更多功(gong)(gong)率(lv)放(fang)大器(qi)(qi)等產品，請持續關注(zhu)安泰(tai)電(dian)子官(guan)網hkdyw.cn或撥打(da)029-88865020。