壓電陶瓷振動(dòng)的干涉測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

《壓電陶瓷振動(dòng)的干涉測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、一.實(shí)驗(yàn)的與實(shí)驗(yàn)儀器1?實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解壓電陶瓷的性能參數(shù)；（2）了解電容測(cè)微儀的工作原理，學(xué)握電容測(cè)微儀的標(biāo)定方法；（3）、掌握壓電陶瓷微位移測(cè)量方法。2?實(shí)驗(yàn)儀器壓電陶瓷材料（一端裝有激光反射鏡，可在邊克爾遜干涉儀中充當(dāng)反射鏡）、光學(xué)防震平臺(tái)、半導(dǎo)體激光器、雙蹤示波器、分束鏡、反射鏡、二維可調(diào)擴(kuò)束鏡、白屏、驅(qū)動(dòng)電源、光電探頭、信號(hào)線等。二、實(shí)驗(yàn)原理1.壓電效應(yīng)壓電陶瓷是一種多晶體，它的壓電性可由晶體的壓電性來(lái)解釋。晶體在機(jī)械力作用下,總的電偶極矩（極化）發(fā)生變化，從而呈現(xiàn)壓電現(xiàn)彖，因此壓電陶瓷的壓電性與極化、形變等有密切關(guān)系

2、。1）正壓電效應(yīng)：壓電晶體在外力作用下發(fā)生形變時(shí)，正、負(fù)電荷中心發(fā)生相對(duì)位移，在某些相對(duì)應(yīng)的面上產(chǎn)生異號(hào)電荷，出現(xiàn)極化強(qiáng)度。對(duì)于各向異性晶體，對(duì)晶體施加應(yīng)力時(shí)，晶體將在X,Y,Z三個(gè)方向出現(xiàn)與應(yīng)力成正比的極化強(qiáng)度，即：E=g-T（g為壓電應(yīng)力常數(shù)），2）逆壓電效應(yīng)：當(dāng)給壓電晶體施加一電場(chǎng)E時(shí)，不僅產(chǎn)生了極化，同時(shí)還產(chǎn)生形變，這種由電場(chǎng)產(chǎn)生形變的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，又稱電致伸縮效應(yīng)。這是由于晶體受電場(chǎng)作用時(shí),在晶體內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力（壓電應(yīng)力），通過(guò)應(yīng)力作用產(chǎn)生壓電應(yīng)變。存在如下關(guān)系：S=dU（d為壓電應(yīng)變常數(shù)）對(duì)于正和逆壓電效應(yīng)來(lái)講，

3、g和d在數(shù)值上是相同的。2.邁克耳遜干涉儀的應(yīng)用邁克耳遜干涉儀可以測(cè)量微小長(zhǎng)度。上圖是邊克耳遜干涉儀的原理圖。分光鏡的第二表面上涂有半透射膜,能將入射光分成兩束，一束透射，一束反射。分光鏡與光束中心線成45°傾斜角。Mi和M2為互相垂直并與分束鏡都成45°角的平面反射鏡，其中反射鏡M,后附有壓電陶瓷材料。由激光器發(fā)出的光經(jīng)分光鏡后，光束被分成兩路，反射光射向反射鏡M】（附壓電陶瓷）,透射光射向測(cè)量鏡M2（固定），兩路光分別經(jīng)Mi、M2反射后，分別經(jīng)分光鏡反射和透射后又會(huì)合，經(jīng)擴(kuò)束鏡到達(dá)白屏，產(chǎn)生干涉條紋。M.和M2與分光鏡中心的距

4、離差決定兩朿光的光程差。因而通過(guò)給壓電陶瓷加電壓使M］隨之振動(dòng)，干涉條紋就發(fā)生變化。由于干涉條紋變化一級(jí)，相當(dāng)于測(cè)量鏡Mi移動(dòng)了入/2,所以通過(guò)測(cè)出條紋的變化數(shù)就可計(jì)算出壓電陶瓷的伸縮量。三、實(shí)驗(yàn)步驟1）將驅(qū)動(dòng)電源分別與光探頭，壓電陶瓷附件和示波器相連，其中壓電陶瓷附件接驅(qū)動(dòng)電壓插口，光電探頭接光探頭插口，驅(qū)動(dòng)電壓波形和光探頭波形插口分別接入示波器CH1和CH2；2）在光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上搭制邁克爾遜干涉光路，使入射激光和分光鏡成45度，反射鏡Ml和M2與光垂直，Ml和M2與分光鏡距離基本相等；3）打開(kāi)激光器，手持小孔屏觀察各光路，適當(dāng)

5、調(diào)整各元件位置和角度，保證經(jīng)分光鏡各透射和反射光路的激光點(diǎn)不射在分光鏡邊緣上。4）遮住Ml,用小孔屏觀察擴(kuò)束鏡前有一光點(diǎn)，再遮住M2分辨另一光點(diǎn)，分別調(diào)整Ml和M2的傾角螺絲直至兩光點(diǎn)重合，并調(diào)整擴(kuò)束鏡位置使其與光點(diǎn)同軸，觀察白屏上出現(xiàn)干涉條紋，再反復(fù)調(diào)整各元件，最好能達(dá)到擴(kuò)束光斑中有2到3條干涉條紋。5）打開(kāi)驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，將驅(qū)動(dòng)電源面板上的波形開(kāi)關(guān)撥至左邊“一”直流狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)電源電壓旋鈕，可發(fā)現(xiàn)條紋隨Z移動(dòng)；每移動(dòng)一條干涉條紋，代表壓電陶瓷伸縮位移變化了半個(gè)波2,即650/2nm=325nm用筆在白屏上做一參考點(diǎn)。將直流電壓降到

6、最低并記錄,平靜一段時(shí)I'可，等條紋穩(wěn)定后，緩慢增加電壓，觀察條紋移動(dòng)，條紋每移過(guò)參考點(diǎn)一條，就記錄下相應(yīng)的電壓值；測(cè)到電壓接近最高值時(shí)，再測(cè)量反方向降壓過(guò)程條紋反方向移動(dòng)對(duì)應(yīng)的電壓變化數(shù)據(jù)。Ftl所測(cè)數(shù)據(jù)做出電壓■位移關(guān)系圖，并求出壓電常數(shù)。6）取下白屏，換上光電探頭，打開(kāi)示波器。將示波器至于雙蹤顯示，CH1觸發(fā)狀態(tài)。將驅(qū)動(dòng)電源波形撥至右側(cè)“ni”三角波，CH1觀察到驅(qū)動(dòng)三角波電信號(hào)，CH2觀察到一系列類似正眩波的波形代表干涉條紋經(jīng)光電探頭轉(zhuǎn)換的信號(hào)，條紋移動(dòng)的級(jí)數(shù)多少反映壓電陶瓷伸縮長(zhǎng)度的大小，即在三角波一個(gè)周期內(nèi)正弦信號(hào)周期

7、的數(shù)量反映壓電陶瓷的振幅。將驅(qū)動(dòng)幅度調(diào)到最大，光放大旋鈕調(diào)到最大，改變驅(qū)動(dòng)頻率，記錄隨驅(qū)動(dòng)三角波頻率（周期）變化的正弦信號(hào)周期數(shù)量，體會(huì)壓電陶瓷的頻率響應(yīng)特性。!1!■數(shù)據(jù)處理1?位移■電壓特性曲線的繪制和平均壓電常數(shù)的計(jì)算位移/nm032565097513001625U升/V455101142180216U窩N43274114158206位移■正向電壓特性曲線S/nm位移■反向電壓特性曲線由位移■正向電壓特性曲線斜率可知，壓電常數(shù)dj=7.67(nm/V)由位移■反向電壓特性曲線斜率可知，壓電常數(shù)d2=7.92(nm/V)則壓電

8、常數(shù)d=(di+d2)/2=(7.67+7.92)/2=7.80(nm/V)2.振幅、周期、速度的計(jì)算我們選取某一特定周期下的圖象來(lái)計(jì)算振幅、周期和速度1）振幅從右圖可以看出，在三角波的一個(gè)周期內(nèi)，總共有10個(gè)周期的正弦波。由于一個(gè)正弦波代表壓電陶