实验名称：多层陶瓷的振动性能研究

　　测试设备：电压放大器、波形发生器、机械振动测试仪、激光发射器、计算机等。

　　实验过程：

　　图1：机械振动测试系统构造图

　　压电陶瓷在电场下的振动速度采用机械振动测试仪测试系统来分析得到，附带激光发射器、减震平台、波形发生器、高压放大器、控制计算机等，其测试系统构造如图1所示。

　　图2：压电陶瓷振动的时域信号和频域信号

　　当在压电材料中施加小信号的交变电场时，由于逆压电效应，压电材料会产生频率相同的机械振动，利用机械测振仪可以测试出样品的振动速度，以此来表征材料的动态响应特性。波形发生器输入的电压信号为正弦波，经高压放大器放大200倍后施加在多层陶瓷上，采用时域显示时，陶瓷得到的振动速度随时间的变化为正弦波形，对时域信号进行傅里叶变换得到频域信号，频域信号表示的是不同频率范围下振速的幅值，由于机械振动的产生与输入电压信号频率相同，相位滞后90°，因而幅频曲线上只得到一个频率的幅值。时域信号和频域信号如图2所示。

　　实验结果：

　　图3：不同电压下多层陶瓷位振速的时域信号

　　图3给出了不同输入电压下多层陶瓷振速的时域曲线，电压信号的频率均为100Hz。由图可知，各曲线都呈现完美的正弦波形，说明样品的振动受外界干扰较小，信噪比良好。随着输入电压的增大，振动速度的幅值也逐渐增大，各个电压下振速的最大值可以从图4得出。当输入电压为320V时，多层陶瓷的振速最大为1.86mm/s。相同频率时，电压越大，单位时间内电压的改变量也越大，导致陶瓷的位移变化率增大，振速随之而增加。

　　图4：多层陶瓷振速随电压的变化

　　图5：不同频率下多层陶瓷振速的时域信号

　　压电材料的振速除了与输入电压的大小有关外，还受输入电压的频率影响。图5为不同频率下多层陶瓷振速的时域曲线，其中输入的电压大小均为320V。由图可知，陶瓷的振动速度随着电压频率的上升逐渐增大。图6为各个频率下陶瓷振速的最大值，当电压频率为500Hz时，振速可以达到8.26mm/s。

　　图6：多层陶瓷振速随频率的变化

　　电压放大器推荐：ATA-2088

　　图：ATA-2088高压放大器指标参数

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