专利名称：一种压电晶片本征频率的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，特别是关于一种压电晶片本征频率的测量装置。
背景技术：
压电晶片(压电陶瓷)由于具有较高的机电转换系数和稳定的性能，因此，是现有 技术中无损检测超声探头和海底声纳等传感器的核心元件。而测量压电晶片的本征频率等 技术性能参数，对于选用合适的压电晶片作为传感器，具有重要的意义。目前压电晶片本征 频率的测量方法主要是传输线路法，其具体步骤为首先用信号发生器(亦称函数发生器) 产生频率可调的连续正弦波电信号，施加到由压电晶片和分压电阻(或匹配电阻)组成的 测量电路中，然后不断调节信号发生器的频率，当高频电压表值最大或最小时，通过频率计 即可读出压电晶片的本征频率。这种测量方法实质上是一种共振(谐振)测量方法，其原 理是当某一频率的电激励信号使压电晶片处于谐振或反谐振状态时，压电晶片呈现出最 大或最小阻抗，从而在高频电压表上得到最大或最小电压值。传输线路法虽然可以同时测量出压电晶片的串联谐振频率和并联谐振频率，但是 需要在特征频率附近仔细调节，并反复观测高频电压表的示值，测量费时而且不够精准。并 且在这种测量方法中，还由许多限定条件，如要求信号发生器的输出阻抗低于压电晶片的 阻抗，要求匹配电阻大于10倍的压电晶片的阻抗等，而在测量之前，这个阻抗值是未知的， 难以预先确定，另外对测量电路的分布电容也有严格要求。而且传输线路法对试样的尺寸 也有要求，例如，对圆盘形厚度振动模的压电晶片，要求直径远远大于厚度；纵向振动的圆 棒形压电晶片，要求直径远远小于长度，对于尺寸相差不大的压电晶片，用传输线路法，测 量的结果往往存在误差。
发明内容针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种无需对信号发生器的输出阻抗和匹 配电阻进行限定，且不受压电晶片尺寸限制的压电晶片本征频率的测量装置。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种压电晶片本征频率的测量 装置，其特征在于它包括一用于产生Tone-Burst正弦波信号的函数发生器，所述函数发 生器的信号输出端连接压电晶片的两电极，所述压电晶片的两电极上还并联连接一数字示 波器。本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型由于采用数 字示波器，可以通过对采集到的压电晶片的自由振动信号进行傅立叶变换，直接得到其本 征频率，因此，无需反复仔细调节和观测读数，测量效率高，测量数值准确。2、本实用新型通 过设置函数发生器产生Tone-Burst正弦波信号的周期数以及频率，对压电晶片进行电脉 冲激励，使压电晶片产生振动，并且激励脉冲信号的频谱宽度较宽，一般会含有压电晶片本 征频率的成分，因此，无需对信号发生器输出阻抗和匹配电阻等进行特殊限定，对测量数值 几乎没有影响。3、本实用新型可对任意尺寸的压电晶片进行测量，因此，不受压电晶片的尺寸限制。本实用新型结构设计巧妙，操作方便，测量精度高，可广泛用于压电晶片本征频率 的测量过程中。

图1是本实用新型测量电路结构示意图图2是本实用新型示波器测量得到的信号波形示意图图3是本实用新型示波器测得的自由振动信号波形的放大示意图图4是本实用新型示波器测得的自由振动信号波形的频谱示意图图5是本实用新型Tone-Burst信号的一个实施例示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。本实用新型基于以下原理当一个压电晶片受到交变电场的激励作用时，由于逆 压电效应而产生机械振动。当这种电激励停止时，压电晶片的这种机械振动并不会立即停 止，而会存在自由衰减振动现象。在自由衰减振动期间，由于正压电效应，在压电晶片的两 个电极之间，必可测得其自由振动的电压信号。通过测量和分析这种压电晶片的自由振动 信号，就可测出压电晶片的本征频率。如图1所示，本实用新型包括一用于产生Tone-Burst正弦波信号的函数发生器1， 函数发生器1的信号输出端连接压电晶片2的两电极，同时，压电晶片2的两电极上还并联 连接一数字示波器3。本实用新型的测量方法包括以下步骤1)如图1、2所示，开启函数发生器1，使其产生一定周期数(1 100个)的 Tone-Burst正弦波信号A (图2中A箭头所指部分信号)，在此过程中，调节函数发生器1 以频率f对压电晶片2进行电脉冲激励，使压电晶片2产生振动；当函数发生器1完成周期 数时，对压电晶片2的电脉冲激励停止，压电晶片2开始自由振动，通过数字示波器3采集 压电晶片2两电极之间的自由振动信号B(图2中B箭头所指部分信号)。2)如图3所示，调节数字示波器3，将步骤1)中压电晶片2两电极之间的自由振 动信号B放大，并用现有技术中的计算机软件对该放大信号进行快速傅立叶变换分析。3)如图4所示，取步骤2)中傅立叶变换分析得到的频谱图上的峰值的频率，则为 该被测压电晶片2的本征频率。4)调节改变步骤1)中函数发生器1的频率f，从而改变Tone-Burst正弦波信号 的频率到另一段频率范围，重复步骤2、和步骤幻，可测得压电晶片2的各个本征频率。分析说明传统的传输线路测量法需要在压电晶片的本征频率附近范围，人工仔 细搜寻阻抗最小时的本征频率点，采用本实用新型则不需这个搜寻过程。因为本实用新型 中函数发生器1产生的Tone-Burst激励脉冲信号中含有较宽范围的各连续频率分量的信 号，即激励脉冲信号的频谱宽度较宽，一般可以在测试时事先估算压电晶片的本征频率范 围，设置Tone-Burst信号，使激励信号中含有压电晶片本征频率的成分，而压电晶片在本 征频率激励下阻抗最小，振动最强，因此一旦停止激励后，压电晶片的自由振动信号就主要 是其本征频率的信号，因而可以用傅立叶变换的方法测得其本征频率。
权利要求1. 一种压电晶片本征频率的测量装置，其特征在于它包括一用于产生Tone-Burst正 弦波信号的函数发生器，所述函数发生器的信号输出端连接压电晶片的两电极，所述压电 晶片的两电极上还并联连接一数字示波器。
专利摘要本实用新型涉及一种压电晶片本征频率的测量装置，其特征在于它包括一用于产生Tone-Burst正弦波信号的函数发生器，所述函数发生器的信号输出端连接压电晶片的两电极，所述压电晶片的两电极上还并联连接一数字示波器。本实用新型结构设计巧妙，操作方便，测量精度高，可广泛用于压电晶片本征频率的测量过程中。
文档编号G01H11/06GK201909668SQ20102061733
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者刘畅, 刘芳, 周庆祥, 张双楠, 张恩勇, 曹静, 沙勇, 董瑞琪, 蔡桂喜 申请人:中国海洋石油总公司, 中国科学院金属研究所, 中海石油研究中心