利用光纤光栅传感器的研究压电陶瓷特性

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1、：合肥工业大学删Illrlf!lIlll

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3、IJflrrllJY1886185本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：(工作单位、职称)主席：啦趴魄如帻f)力河委员：访憾1壶白他乙大磊、1枢援导师：钞插巫．红蒯御乏独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金目巴王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作

4、了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金目曼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金目巴王业太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者签名：签字日期：年月日年月日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：导师签名：签字日期：电话：邮编：利用光纤光栅传感器研究压电陶瓷的特性摘要压电陶瓷(PZT

5、)由于体积小、响应速度快、易于控制等优点，被广泛应用于微位移驱动、纳米定位、电源驱动器、扫描干涉等方面。其外加电压与由逆压电效应及电致伸缩效应所产生的位移量之间并非严格的线性关系，存在迟滞、蠕变和非线性等特性。该位移量一般在微米甚至以下量级，精确描述该微位移量随电压的变化关系，有利于进一步拓展PZT的应用范围。本文提出一种基于光纤光栅传感和非平衡干涉解调的压电陶瓷特性观测法，该方法利用光纤光栅传感器波长编码的特点，采用全光纤结构，具有很高的测量精度，且测量结果受环境因素(如振动)干扰有限。该研究有利于进一步了解通电后PZT的变化规律。论文的内容可分为两大部分

6、，第一部分为对两套干涉装置解调性能的比较，第二部分为对压电陶瓷电压．位移特性、迟滞特性、蠕变特性的研究。论文首先全面论述了光纤光栅传感器的工作原理以及其传感信号的解调技术。实验中，采用非平衡Miehelson干涉仪对FBG传感信号进行解调，为排除PZT通电产热对解调结果的影响，制作了两套干涉封装装置⋯．温度控制型和分室而居型。对于温度控制型，干涉仪与PZT被置于同一封装盒中，并在盒底部安装TEC温度控制器以控制封装盒内的温度；分室而居型则将干涉仪与PZT分别放置两密闭封装盒中。干涉仪臂长差的确定是制作干涉仪的关键点，它将影响系统的解调精度以及条纹对比度，文中

7、利用光谱仪观测干涉仪的干涉谱，通过相邻谷值功率处波长间隔的大小判断臂长差，实验测得温度控制型干涉仪的臂长差为2．04mm，分室而居型干涉仪的臂长差为1．96mm。待臂长差确定之后，实验着重对这两套干涉解调装置的解调性能进行了研究，通过实验测量得知：温度控制型解调系统的传感灵敏度为1．07890／p￡；分室而居型的传感灵敏度为O．96090／嶂，均接近理论值1．02520嶂，但工作时间越长，PZT产热对前者的影响愈明显，稳定性愈差，而后者却一直保持良好的稳定性。最后，利用光纤光栅传感器以及分室而居干涉解调装置研究了压电陶瓷在0V-100V-0V的电压一位移特性

8、，分析了相同时间间隔下，不同驱动步距时PZT的迟滞特性；验证了光源功率的波动性对PZT迟滞特性无影响；并对压电陶瓷的蠕变特性进行了分析，测试了驱动电压往返时PZT的蠕变情况以及PZT在不同驱动步距和不同驱动步进时间间隔下的蠕变情况。关键字：光纤光栅；干涉解调；压电陶瓷：迟滞；蠕变Thestudiesofpiezoelectricceramiccharacteristics。fibergratingmsusingI-iergratingsensorABSTRACTBecauseofminuteness，quicklyrespondingandeasyofcon

9、trolling，piezoelectricceramics(PZT)iswidelyusedinmicro—displacementactuator,nano．positioningsystemandSOon．Thedisplacementthatmadebyinversepiezoelectriceffectandelectrostrictioneffectisnotstrictlylinearwiththeappliedvoltage．Ithasthecharacteristicsofhysteretic，creepandnonlinear．It’Sv

10、eryimportanttomeasureaccur