迈克尔逊干涉仪在压电测量中的应用

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1、第8卷第3期大学物理实验Vl8N31995年9月出版YSIALEXERIMENTOFOLLEGHESept1995迈克尔逊干涉仪在压电测量中的应用范仰才李小玲(广东工业大学,广州,510090)。摘要本文介绍一种用迈克尔逊千涉仪测量压电效应的方法压电响应含有快慢两,且均为非线性。E,。随机弛豫响应种成分交变时观测到一种不对称的压电迥线函数expgtr。为(/)关键词压电陶瓷;压电响应;压电迥线实验方法,,图1是实验装置俯视图调节干涉仪使屏上出现等厚千涉条纹后在样品上加直流电压,样品的长度改变量△L可由干涉条纹移动数目△N得出△L=△N又/2(1)调节螺丝尸ZT样品架基片。弹簧电极PZ7-

2、犷界衣一一~`J`~帐-、狄象3观察屏,x10,E(V/m)图l实验装!示意图图2压电应变的非线性和压电迥线错钦酸铅(PZT)压电陶瓷,呈长条形,尺寸为47.8x8.00x2.24(mm);两面烧银电。x:,xl,s,,极外加电场沿方向所测量的长应变沿方向令此应变为则、:=几aZL△N/(2)收稿日期:1995一05一1019:,s:,:,:+:。当外电场E加上时观察到有两个响应分量二于毛(3)s3。:其中快响应分量气几乎和E同时出现慢分量鱿在E加上后要经两三小时才达到平衡值。2压电应变的非线性和压电泪线3二,:,=,,。:由E0O开始单向加强正的(或负的)电场EE的变化速率快至保证能:

3、。:1引起。读出{引起的△N为止这时效应很小可以忽略实测结果如图2中小圆点所J。示;图中箭头指明了E的变化方向实验结果可用公式s,=:=,+d十d4子d幼)E货)E考幼)E;()用最小二乘法对26组实验数据进行拟合得到.一’,J’=一124x10ov乌lm/d’=.44一`82vZ,劣8x10m/己幼’=一9.95x10一23m3/v3(5),。曲线如图2的实线所示与实验点符合,.::4v当E较强时图2还给出了E以每秒约sk/m速率作周期性变化时得到的稳定。,。的压电迥线图中箭头示出了压电迥线是顺时针的且具有非中心对称的形状它不同。,:,3。。。于逆时针的电滞迥线(PE)PZT是铁电体它

4、的(E)压电迥线来源于P(E)迥线::。。P是E的极化强度迥线铁电体的压电效应主要是与自发极化相应的自发应变当交,得到。,变电场的幅值不同时各种大小不同的压电自发应变当交变电场的幅值不同时得到各种大小不同的压电迥线,其顶点均落在图2的实线上。x:。。,人工极化后的压电陶瓷在方向上已有很大的持久极化强度当E>O时该极化;。E:强度虽有增加但增至接近自发极化强度所允许的值就趋向饱和故>0所能引起的::,。。,:P(>0)和(0)的变化越来越快曲线并不具有(EO0)的中心。,。’对称在(

5、4)式中右边的一次和三次项是中心对称的(5)式给出正的二次项系数d劣。d货’项是铁电,说明了上述非中心对称的特征即是说极化饱和引起的它是一种非线性。压电效应:。任何物质在强的E作用下都会出发现比例于E;的电致伸缩效应在PZT样品的,。,`。测量中也应出现电致伸缩效应若二次项主要来自电致伸缩则应有d罗<0t〕压电。效应和电致伸缩效应的区别在于其机理不同;并非凡是二次项都是电致伸缩效应3压电弛豫效应:,。当E为较高频率的交变电场时(3)式中的”项来不及出现而只余下快响应“项2。:样品的损耗可以引起压电弛豫效应;用复的压电系数来描述〔]只讨论慢响应项1的弛。豫效应:,:二ot,。=。t令E为阶

6、跃式电场E((O)EE(>O)(6),.。,E。二一4Ikv/:,。tlmin其中91m实验得到的()t测点示于图3当《时快响应。,项使测点在纵坐标上有一个跳变来不及测量图中在不同时间尺度的测点组成直线表明、,()t有。指数变化规律o’一,:o’=:e一`lr:+:e一`/、+se一`/、+;e一`/r,(、)/乓AAAA(7)(7):o’=::t=1536x10一6,式拟合实验数据得到、(分co)Al=0.4039(:l《15);A:=0.1767,(r:=30.85);(8):.;.,A=01159(r:=2015);A=03035(r.=34035)。一一ll一,!尸一一训…一一O

7、工、七-_鑫5一_10日八Jl引侧瓜尸图3随机压电弛豫图4自由压电弛豫。图3与实验点符合得很好如果阶跃电场的形式E3=E。=一491.Ikv/m(t成0):E:=o(t)o);(9)。,,则得到的实验点示于图4注意图4的横坐标用石而不用t实验点才组成一直线表明该用公式o一`t`:一一(,冬’一:,)八气o’=B,e,+B:e了刀下,+B:e了飞了砚(10),“.一,结果得到;、’二::(:二36x10`来拟合实验数据弓co)14..