压电陶瓷形变测试的方法和装置与流程

本发明涉及压电材料测试，尤其涉及一种压电陶瓷形变测试的方法和装置。

背景技术：

1、压电堆叠体是利用压电陶瓷材料的逆压电效应，将电能转换为位移或力等机械能的陶瓷元件，可用于各种动力源以满足各种小型驱动器的需要，然而，该陶瓷元件在实际使用中往往会产生失效等故障，因此对该陶瓷的形变测试就显得很有必要。

2、典型的压电堆叠体包括沿着一叠层方向相互堆叠的多个材料层以及配设在压电堆叠体内部的电极层，材料层与电极层相互交错，其中，电极层沿着相邻两个材料层的界面处延伸至压电堆叠体的端面，以在端面形成引线部分；且相邻两个电极层分别延伸至压电体相对应的两个端面。由于内部电极层并未完全贯穿左右，这类产品在设计时就引入了应变不均匀的现象，即左右两侧靠近边缘的位置总会有形变不均匀的微小区域，由此产生局部不同的形变。其次，多个材料层采用不同种材料或不同厚度都会导致各个材料层存在不同程度的形变。

3、目前，最常见的压电陶瓷形变测试方法是：一方面，通过采用激光位移传感器或线性位移传感器来测试形变位移，通过测试形变前和变形后的压电陶瓷体的外形尺寸，以此差值得到位移；位移除以形变前的压电陶瓷尺寸，即可获得平均应变结果，另一方面，通过采用应变计的方式测试材料的形变，应变计中内设的线圈随着材料形变发生拉伸或缩短的变化，引起线圈接入的电路产生相对应的变化，由此测出应变特征。

4、在上述的形变测试方法中，通过采用激光位移传感器或线性位移传感器来测试形变位移，仅能进行压电堆叠体单一位置的位移测试，无法测试压电堆叠体局部区域的形变，只能以测试平均形变量为主；而通过应变计测试局部形变，则需要将应变计贴附在堆叠体表面，不同区域测试需要多个应变计，且受应变计尺寸往往过大(平方毫米级别)，无法贴附测试微小的区域(例如，几个平方微米的区域)。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种压电陶瓷形变测试的方法和装置，本发明的测试方法和装置能够测试陶瓷压电材料各个区域的形变位移变化，测试精度高。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、作为本发明的目的之一，本发明提供一种压电陶瓷形变测试的装置，包括测试系统，所述测试系统包括承载腔体，所述承载腔体内设有用于安装待测样品的安装位以及用于容纳绝缘传热介质的容纳空间，所述承载腔体外设有用于检测待测样品形变位移变化的图像检测系统，且所述承载腔体设有供所述图像检测系统采集待测样品形变前后图像的透明观测窗，所述承载腔体所用材料的热应力小于所述透明观测窗所用材料的抗拉强度。

4、在一些实施例中，所述承载腔体所用材料为高分子材料，所述透明观测窗所用材料为玻璃，所述承载腔体所用材料的热应力的估算公式为：

5、σb＝eb(α-β)δt

6、其中，σb为所述承载腔体在平衡状态下受到的热应力；eb为所述承载腔体所用材料的杨氏模量；α为所述承载腔体所用材料的热膨胀系数；β为所述透明观测窗所用材料的热膨胀系数；δt为测试过程中所述承载腔体内的温度差值。

7、在一些实施例中，所述透明观测窗所用材料为高硼硅玻璃，所述高硼硅玻璃中的硼含量≥14％，所述透明观测窗的厚度≥2mm。

8、在一些实施例中，所述承载腔体所用材料的耐热温度≥150℃，所述承载腔体所用材料为绝缘的高分子材质，所述承载腔体的击穿电压≥20kv。

9、在一些实施例中，所述承载腔体所用材料为聚四氟乙烯、聚醚醚酮或聚苯硫醚中的任意一种或多种组合。

10、在一些实施例中，所述绝缘传热介质为沸点≥150℃的液体或者密度大于空气密度的气体。

11、在一些实施例中，所述绝缘传热介质为电子氟化液或sf6中的任意一种。

12、在一些实施例中，所述承载腔体内还设有用于加热绝缘传热介质的加热件以及用于降低所述绝缘传热介质的波动的浮板，所述浮板的密度低于所述绝缘传热介质的密度，且所述浮板的上表面涂覆有防光层。

13、在一些实施例中，所述安装位上方还设有用于检测待测样品形变位移变化的位移检测器，所述图像检测系统包括用于采集待测样品形变前后图像的图像采集单元以及用于计算待测样品形变数据的图像处理单元，所述图像采集单元包括相机、远心镜头及绕设于所述远心镜头四周的环形照明器，所述远心镜头于采集过程中的放大倍率为1～8。

14、作为本发明的另一目的，本发明提供一种压电陶瓷形变测试的方法，包括：

15、将待测样品安装于安装位上；

16、向承载腔体中注入绝缘传热介质，并加热至预设温度；

17、向待测样品施加预设电压；

18、图像检测系统采集待测样品形变前后图像，并计算出待测样品形变数据。

19、本发明的有益效果在于：

20、本发明中，通过设置承载腔体，并在承载腔体内设置用于安装待测样品的安装位以及用于容纳绝缘传热介质的容纳空间，为待测样品的测试提供高温、高电压环境，同时，承载腔体设置透明观测窗，以使图像检测系统在测试过程中能够实时采集待测样品形变前后图像，进而检测待测样品各个部位的形变位移变化，实现待测样品各个区域的形变数据，测试精度高，此外，承载腔体所用材料的热应力小于透明观测窗所用材料的抗拉强度，确保承载腔体与透明观测窗之间在始终保持紧密贴合的同时，在高温下透明观测窗受热应力作用仍保持不破碎，避免因透明观测窗破碎造成图像检测系统的图像采集失败。

技术特征：

1.一种压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，包括测试系统，所述测试系统包括承载腔体，所述承载腔体内设有用于安装待测样品的安装位以及用于容纳绝缘传热介质的容纳空间，所述承载腔体外设有用于检测待测样品形变位移变化的图像检测系统，且所述承载腔体设有供所述图像检测系统采集待测样品形变前后图像的透明观测窗，所述承载腔体所用材料的热应力小于所述透明观测窗所用材料的抗拉强度。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，所述承载腔体所用材料为高分子材料，所述透明观测窗所用材料为玻璃，所述承载腔体所用材料的热应力的估算公式为：

3.根据权利要求1所述的压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，所述透明观测窗所用材料为高硼硅玻璃，所述高硼硅玻璃中的硼含量≥14％，所述透明观测窗的厚度≥2mm。

4.根据权利要求1所述的压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，所述承载腔体所用材料的耐热温度≥150℃，所述承载腔体所用材料为绝缘的高分子材质，所述承载腔体的击穿电压≥20kv。

5.根据权利要求4所述的压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，所述承载腔体所用材料为聚四氟乙烯、聚醚醚酮或聚苯硫醚中的任意一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，所述绝缘传热介质为沸点≥150℃的液体或者密度大于空气密度的气体。

7.根据权利要求6所述的压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，所述绝缘传热介质为电子氟化液或sf6中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，所述承载腔体内还设有用于加热绝缘传热介质的加热件以及用于降低绝缘传热介质的波动的浮板，所述浮板的密度低于所述绝缘传热介质的密度，且所述浮板的上表面涂覆有防光层。

9.根据权利要求1所述的压电陶瓷形变测试的装置，其特征在于，所述安装位上方还设有用于检测待测样品形变位移变化的位移检测器，所述图像检测系统包括用于采集待测样品形变前后图像的图像采集单元以及用于计算待测样品形变数据的图像处理单元，所述图像采集单元包括相机、远心镜头及绕设于所述远心镜头四周的环形照明器，所述远心镜头于采集过程中的放大倍率为1～8。

10.一种压电陶瓷形变测试的方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及压电材料测试技术领域，尤其涉及一种压电陶瓷形变测试的方法和装置，包括测试系统，所述测试系统包括承载腔体，所述承载腔体内设有用于安装待测样品的安装位以及用于容纳绝缘传热介质的容纳空间，所述承载腔体外设有用于检测待测样品形变位移变化的图像检测系统，且所述承载腔体设有供所述图像检测系统采集待测样品形变前后图像的透明观测窗，所述承载腔体所用材料的热应力小于所述透明观测窗所用材料的抗拉强度，本发明的测试方法和装置能够测试陶瓷压电材料各个区域的形变位移变化，测试精度高。

技术研发人员：陈缔,蒋大梅,杨莞榕,褚祥诚
受保护的技术使用者：佛山（华南）新材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13