微直径压电纤维压电应力常数的测量方法.pdf

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1、2010正仪表技术与传感器2010第10期InstrumentTechniqueandSensorNo．10微直径压电纤维压电应力常数的测量方法聂国旗，骆英，陈彩凤，朱步银(江苏大学机械7-,1,机械结构损伤检测评估技术重点实验室，江苏镇江212013)摘要：基于1—3型压电纤维复合材料的细观力学模型与压电纤维压电常数的测量方法，探讨了一种新的测量细微直径压电陶瓷纤维压电应力常数的方法。阐述了这种等应变法的测量原理，分析了实现等应变测量压电应力常数的条件，制作了测量试件，用实验验证了这种测量方法的可行性，为细微直径压电陶瓷纤维的压电常数测量提供了一个有效途径。关键词：压电常数；压电陶

2、瓷纤维；测量中图分类号：0348文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)10—0003—02MeasuringMethodforPiezoelectricConstantofPiezoelectricFiberNIEGun—qi，LUOYing，CHENCai—feng，ZHUBu-yin(ChineseMachineryIndustryKeyLaboratoryforMechanicalStuctureDamageDetectionTechnology，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)Abstract：Basedon1—

3、3typepiezoelectricfibercompositesandmeasurementmethodsofpiezoelectricfibers，anewmeasur-ingmethodwasdeveloped，inordertomeasuretheperformanceofthepiezoelectricfiber．Thispaperdescribedthemeasuringprin—ciple，andanalyzedthekeycomponentsoftheexperiment．Itobtainedtheparametersofwhichmeetthemeasurement

4、requirements．Themeasurementsamplesareproduced，theexperimentalresultsshowthatthismethodisfeasible．Itprovidesanefectivewaytomeasurethepiezoelectricconstantsofpiezoelectricfiberofmierometers．Keywords：piezoelectricconstant；piezoelectricfiber；measurement0引言纤维压电常数的测量方法在国内外尚未发现文献报道。压电压电陶瓷纤维在超声和微机电(MEM

5、S)领域可构建出先进陶瓷纤维的压电常数是研究1—3型压电陶瓷纤维复合材料元有效的功能器件。]，将压电陶瓷纤维埋置于复合材料中，可件的基础之一。测量其压电常数有非常重要的实际意义。综利用其传感和驱动性能。近年来，压电陶瓷纤维的制备技术有合各方面的因素，提出用等应变法测量这类细微直径压电陶瓷了长足的发展，压电陶瓷纤维直径从几百m缩小到10m左纤维的压电常数。右。如何测量纤维的压电性能是研究与生产中遇到的一个重1测量原理要问题。传统的测量方法很难适用于压电陶瓷纤维。根据1—3型压电陶瓷纤维复合材料的细观力学模型，得知：测量单根压电陶瓷纤维压电性能非常困难。原因是在处理过程和接触过程中，纤维

6、很容易遭到破坏。SteinhausenRs；s3m83式中,o；，ta，s分别表示纤维应变、基体应变、等效应变。等使用一对有效系数从复合材料和聚合物基体的有效性能如图1所示，在受压缩状态下的宿主构件对称面的对称中中，反算某些重要的纤维性能。这种方法把聚合物基体看成是心位置卡槽内，分别粘上待测1—3型压电陶瓷纤维复合材料一种样品夹具。必须确切地掌握聚合物的性质，因为聚合物的试件与参考试件(参考试件与待测试件使用同样材料的压电陶弹性刚度系数在不同的频段内会有很大变化，测量工作量大，瓷纤维，只是纤维直径250m，比待测试件内的纤维直径粗，能间接误差也大。BelloliA等提出了准静态应变常

7、数测量方够用准静态法或动态法测量)，极化方向为竖直方向。法，这种方法受DMA位移灵敏度的限制，只能测量其在高电压整个试验处于零电场的环境中，在宿主构件的弹性极限内状态下的性能，且设备昂贵。SteinhausenR等提出一种在进行轴向压缩，则粘贴试件的应变与宿主相对位置处相同。以100Hz条件下，来测量单根陶瓷纤维在低电压和高电压状态下压电陶瓷纤维为研究对象，忽略其横向变形，则第二类压电方的性能，但是这种方法仅能测量几百m量级的纤维性能。程可简化为江苏大学的