基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法和裝置。該方法包括：將旋轉(zhuǎn)強(qiáng)磁體產(chǎn)生的外加磁場(chǎng)施加到磁場(chǎng)調(diào)制線圈上；將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，磁場(chǎng)調(diào)制線圈在電流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)，將樣品的兩電極連接到數(shù)字鎖相放大器的輸入端；數(shù)字鎖相放大器從樣品的電極處檢測(cè)到電壓dV；根據(jù)電壓dV、調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH’和樣品的厚度t計(jì)算出磁電系數(shù)的幅度α＝dV/(t·dH’)。本發(fā)明可以測(cè)量磁電系數(shù)幅度αE和相位θ或磁電系數(shù)實(shí)部αR和虛部αX隨磁場(chǎng)H、溫度T或頻率f的變化，是一套測(cè)量精度高，自動(dòng)化程度高，功能完備的磁電系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，完全能滿足多種類(lèi)型磁電復(fù)合材料研究的測(cè)試需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料物理性能測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]磁電復(fù)合材料是通過(guò)單相鐵電材料與鐵磁材料經(jīng)一定方法復(fù)合而成的，而它的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)就是鐵電相和鐵磁相的乘積效應(yīng)產(chǎn)生的。由于磁電復(fù)合材料獨(dú)特的性質(zhì)，磁電復(fù)合材料在微波換能器，高精度的磁場(chǎng)電場(chǎng)傳感器，微驅(qū)動(dòng)器，移相器和濾波器等器件中都有廣泛的應(yīng)用。
[0003]磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)dE/dH是描述磁電效應(yīng)大小的物理量，其單位是V/cm.0θ。磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)是標(biāo)志磁電材料性能的重要指標(biāo)，鐵電-鐵磁復(fù)合材料的磁電效應(yīng)是兩單相特性dS/dH及dE/dS的乘積效應(yīng)的體現(xiàn),可表示為:
[0004]dE/dH = K1K2.x(l-x).dS/dH.dE/dS
[0005]其中dE/dH為復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)；dS/dH和dE/dS分別為鐵磁相的磁致伸縮效應(yīng)與鐵電相的壓電效應(yīng)；x及(1-x)分別為復(fù)合材料中鐵磁相和鐵電相的體積分?jǐn)?shù)；Κι和K2是兩相材料相互稀釋而引起的各單相特性的減弱系數(shù)。
[0006]目前，現(xiàn)有技術(shù)中的一種磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)的測(cè)量方法為:測(cè)量出電場(chǎng)微量dE和磁場(chǎng)微量dH，從而間接地測(cè)量出磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)的幅值。
[0007]上述現(xiàn)有技術(shù)中的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)的測(cè)量方法的缺點(diǎn)為:該方法的測(cè)量結(jié)果不能反映不同磁滯特性、不同工作頻率、不同位相、不同磁場(chǎng)、不同溫度下磁電復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)的變化信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法和裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁電復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行有效的測(cè)量。
[0009]本發(fā)明提供了如下方案:
[0010]一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，包括:外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置、調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置、磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；
[0011]所述的外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置，用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)磁體產(chǎn)生外加磁場(chǎng)H，將所述外加磁場(chǎng)H施加到所述調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置上；
[0012]所述的調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，用于包含磁場(chǎng)調(diào)制線圈，所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈在電流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)，將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，將所述樣品的兩電極連接到所述磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置的輸入端，將所述電流信號(hào)的參數(shù)傳輸給所述數(shù)據(jù)采集裝置；
[0013]所述的磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，用于包含數(shù)字鎖相放大器，所述數(shù)字鎖相放大器的輸入端連接所述樣品的兩電極，所述數(shù)字鎖相放大器從所述樣品的電極處檢測(cè)到電壓dV，將所述電壓dV傳輸給所述數(shù)據(jù)采集裝置；
[0014]所述的數(shù)據(jù)采集裝置，用于與所述外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置、調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置、磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置連接，根據(jù)所述電流信號(hào)的參數(shù)計(jì)算出所述調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH’，根據(jù)所述電壓dV、調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH和所述樣品的厚度t計(jì)算出磁電系數(shù)的幅度a = dV/(t H
[0015]優(yōu)選地，所述的外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置包括:磁體轉(zhuǎn)角控制器、強(qiáng)磁體和高斯計(jì)；
[0016]所述的磁體轉(zhuǎn)角控制器，用于和減速電機(jī)連接，控制所述減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)所述減速電機(jī)帶動(dòng)所述強(qiáng)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0017]所述的強(qiáng)磁體，用于設(shè)置在所述軛鐵的內(nèi)部，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)在所述軛鐵的縫隙中產(chǎn)生外加磁場(chǎng)；
[0018]所述的軛鐵，用于將所述外加磁場(chǎng)施加到設(shè)置在其縫隙中的所述調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置上；
[0019]所述的高斯計(jì)，用于測(cè)量出所述外加磁場(chǎng)H的大小，將所述外加磁場(chǎng)H的大小傳輸給所述數(shù)據(jù)采集裝置。
[0020]優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)采集裝置，還用于根據(jù)所述外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置傳輸過(guò)來(lái)的外加磁場(chǎng)H的大小，以及計(jì)算出的磁電系數(shù)的幅度α得到磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α-Η曲線。
[0021]所述的磁電系數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)值，其中包含磁電系數(shù)幅度^^和磁電系數(shù)相位Θ ；或者包含磁電系數(shù)實(shí)部aR和虛部αχ。
[0022]優(yōu)選地，所述的調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括:信號(hào)發(fā)生器、交流恒流驅(qū)動(dòng)器和磁場(chǎng)調(diào)制線圈；
[0023]所述的信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生正弦波信號(hào)，將所述正弦波信號(hào)的一路作為參考信號(hào)傳輸給所述數(shù)字鎖相放大器，將所述正弦波信號(hào)的另一路經(jīng)功率放大器放大后傳輸給所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈，將所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置；
[0024]所述的磁場(chǎng)調(diào)制線圈，用于在其內(nèi)部放置所述樣品，在所述正弦波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)dH’，通過(guò)改變所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度來(lái)改變調(diào)制磁場(chǎng)dH’的頻率和幅度；將所述樣品的兩電極連接到所述數(shù)字鎖相放大器的輸入端；
[0025]所述的交流恒流驅(qū)動(dòng)器，用于采用交流恒流驅(qū)動(dòng)手段保證所述調(diào)制磁場(chǎng)dH’的幅度和頻率的穩(wěn)定。
[0026]優(yōu)選地，所述的裝置還包括:
[0027]樣品溫度測(cè)控裝置，用于控制所述樣品的溫度T，對(duì)所述樣品的溫度T進(jìn)行升高、降低或維持不變處理，將所述樣品的溫度T傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置。
[0028]所述的樣品溫度測(cè)控裝置包括:
[0029]變溫樣品盒，用于將變溫測(cè)試時(shí)樣品置于盒內(nèi)，由冷氣或熱氣吹使樣品變溫。
[0030]溫度傳感器，為PT100或熱電偶，置于樣品下方，測(cè)量變溫樣品盒內(nèi)的溫度。
[0031 ] 溫度測(cè)控器，用于測(cè)量和控制樣品盒內(nèi)的溫度。
[0032]液氮杜瓦，內(nèi)置熱增壓器，用于產(chǎn)生冷氮?dú)饪刂茦悠纷儨亍?br> [0033]優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)采集裝置，還用于測(cè)量不同溫度T下的磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α -H曲線；或者，在固定所述外加磁場(chǎng)H的情況下，測(cè)量所述磁電系數(shù)的幅度α隨溫度T的變化曲線:a -T曲線。
[0034]一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法，包括:
[0035]通過(guò)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)磁體產(chǎn)生外加磁場(chǎng)H，將所述外加磁場(chǎng)H施加到磁場(chǎng)調(diào)制線圈上；
[0036]將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈在電流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)，將所述樣品的兩電極連接到數(shù)字鎖相放大器的輸入端；
[0037]所述數(shù)字鎖相放大器從所述樣品的電極處檢測(cè)到電壓dV ；
[0038]根據(jù)所述電流信號(hào)的參數(shù)計(jì)算出所述調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH’，根據(jù)所述電壓dV、調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH’和所述樣品的厚度t計(jì)算出磁電系數(shù)的幅度a = dV/(t.dH’)。
[0039]優(yōu)選地，所述的通過(guò)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)磁體產(chǎn)生外加磁場(chǎng)H，將所述外加磁場(chǎng)H施加到磁場(chǎng)調(diào)制線圈上包括:
[0040]將磁體轉(zhuǎn)角控制器和減速電機(jī)連接，控制所述減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述磁體轉(zhuǎn)角控制器通過(guò)所述減速電機(jī)帶動(dòng)強(qiáng)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0041]將所述強(qiáng)磁體設(shè)置在軛鐵的內(nèi)部，通過(guò)所述強(qiáng)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)在所述軛鐵的縫隙中產(chǎn)生外加磁場(chǎng)；
[0042]所述軛鐵將所述外加磁場(chǎng)施加到設(shè)置在其縫隙中的所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈上；
[0043]通過(guò)高斯計(jì)測(cè)量出所述外加磁場(chǎng)H的大小，將所述外加磁場(chǎng)H的大小傳輸給數(shù)據(jù)
采集裝置。
[0044]優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)采集裝置，還用于根據(jù)所述外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置傳輸過(guò)來(lái)的外加磁場(chǎng)H的大小，以及計(jì)算出的磁電系數(shù)的幅度α得到磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α-Η曲線。
[0045]優(yōu)選地，所述的將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈在電流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)，將所述樣品的兩電極連接到數(shù)字鎖相放大器的輸入端包括:
[0046]通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，將所述正弦波信號(hào)的一路作為參考信號(hào)傳輸給所述數(shù)字鎖相放大器，將所述正弦波信號(hào)的另一路經(jīng)功率放大器放大后傳輸給所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈，將所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置；
[0047]將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈在所述正弦波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)dH’，通過(guò)改變所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度來(lái)改變調(diào)制磁場(chǎng)dH’的頻率和幅度；將所述樣品的兩電極連接到所述數(shù)字鎖相放大器的輸入端；
[0048]通過(guò)交流恒流驅(qū)動(dòng)器采用交流恒流驅(qū)動(dòng)手段保證所述調(diào)制磁場(chǎng)dH’的幅度和頻率的穩(wěn)定。
[0049]優(yōu)選地，所述的方法還包括:
[0050]通過(guò)樣品溫度測(cè)控裝置控制所述樣品的溫度T，將所述樣品的溫度T傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置；
[0051]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量不同溫度T下的磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α-Η曲線；或者，在固定所述外加磁場(chǎng)H的情況下，測(cè)量所述磁電系數(shù)的幅度α隨溫度T的變化曲線:a -T曲線。
[0052]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(diǎn):采用數(shù)字鎖相放大技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并提供了一種完備的測(cè)量方法，可以測(cè)量磁電系數(shù)幅度αΕ和相位Θ或磁電系數(shù)實(shí)部α K和虛部α X隨磁場(chǎng)H、溫度T或頻率f的變化，是一套測(cè)量精度高，自動(dòng)化程度高，功能完備的磁電系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，完全能滿足多種類(lèi)型磁電復(fù)合材料的研究的測(cè)試需求。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0053]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0054]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)圖，圖中，1-樣品，2-軛鐵，3-磁場(chǎng)調(diào)制線圈，4-數(shù)字鎖相放大器，5-高斯計(jì)，6-信號(hào)發(fā)生器，7-交流恒流驅(qū)動(dòng)器，8-磁體轉(zhuǎn)角控制器，9-樣品溫度測(cè)控裝置，10-變溫樣品盒，11-通訊接口線，12-計(jì)算機(jī)，13-液氮杜瓦，14-液氮增壓器，15-強(qiáng)磁體，16減速電機(jī)；
[0055]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種Ni/PZT/Ni結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合材料磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)隨磁場(chǎng)變化的實(shí)際測(cè)量曲線圖；
[0056]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的裝置的數(shù)據(jù)采集控制與數(shù)據(jù)處理軟件的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，且實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0058]【具體實(shí)施方式】
[0059]下面將結(jié)合本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的具體實(shí)施方案進(jìn)行進(jìn)一步的描述:
[0060]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其組成可分為以下幾個(gè)部分:
[0061]一、外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置，包括:強(qiáng)磁體(15)、軛鐵(2)、磁體轉(zhuǎn)角控制器(8)和高斯計(jì)(5)。
[0062]所述的磁體轉(zhuǎn)角控制器，用于和大扭矩減速電機(jī)連接，控制所述大扭矩減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)所述大扭矩減速電機(jī)帶動(dòng)所述強(qiáng)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0063]所述的強(qiáng)磁體，用于設(shè)置在所述軛鐵的內(nèi)部，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)使軛鐵縫隙中的磁場(chǎng)發(fā)生變化，在軛鐵縫隙中產(chǎn)生外加磁場(chǎng)；
[0064]所述的軛鐵，用于將所述外加磁場(chǎng)施加到設(shè)置在其縫隙中的所述調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置上；
[0065]所述的高斯計(jì)，用于測(cè)量出所述外加磁場(chǎng)H的大小，將所述外加磁場(chǎng)H的大小傳輸給所述數(shù)據(jù)采集裝置。
[0066]二、調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，包括:信號(hào)發(fā)生器(6)、交流恒流驅(qū)動(dòng)器(7)和磁場(chǎng)調(diào)制線圈⑶；
[0067]所述的信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生正弦波信號(hào)，將所述正弦波信號(hào)的一路作為參考信號(hào)傳輸給所述數(shù)字鎖相放大器，將所述正弦波信號(hào)的另一路經(jīng)功率放大器放大后傳輸給所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈，將所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度等參數(shù)信息傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置；
[0068]所述的磁場(chǎng)調(diào)制線圈，用于在其內(nèi)部放置所述樣品，在所述正弦波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)dH’，通過(guò)改變所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度來(lái)改變調(diào)制磁場(chǎng)dH’的頻率和幅度；將所述樣品的兩電極連接到所述數(shù)字鎖相放大器的輸入端；
[0069]所述的交流恒流驅(qū)動(dòng)器，用于采用交流恒流驅(qū)動(dòng)手段保證所述調(diào)制磁場(chǎng)dH’的幅度和頻率的穩(wěn)定。
[0070]三、磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，包括數(shù)字鎖相放大器(4)，數(shù)字鎖相放大器的輸入端連接所述樣品的兩電極，所述數(shù)字鎖相放大器從所述樣品的電極處檢測(cè)到電壓dV，將所述電壓dV傳輸給所述數(shù)據(jù)采集裝置。
[0071]四、樣品溫度測(cè)控裝置，用于實(shí)現(xiàn)樣品溫度升溫/降溫的控制與測(cè)量，將所述樣品的溫度T傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置。所述的樣品溫度測(cè)控裝置包括:變溫樣品盒(10)、溫度傳感器(17)、溫度測(cè)控器(9)以及液氮杜瓦(14)。
[0072]變溫樣品盒，用于將變溫測(cè)試時(shí)樣品置于盒內(nèi)，由冷氣或熱氣吹使樣品變溫。
[0073]溫度傳感器，為PT100或熱電偶，置于樣品下方，測(cè)量變溫樣品盒內(nèi)的溫度。
[0074]溫度測(cè)控器，用于測(cè)量和控制樣品盒內(nèi)的溫度。
[0075]液氮杜瓦，內(nèi)置熱增壓器，用于產(chǎn)生冷氮?dú)饪刂茦悠纷儨亍?br> [0076]五、數(shù)據(jù)采集裝置，包括計(jì)算機(jī)(12)，通過(guò)通訊接口線(11)與所述外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置、調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置、磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、樣品溫度測(cè)控裝置連接，根據(jù)所述電流信號(hào)的正弦波信號(hào)的頻率和幅度等參數(shù)信息計(jì)算出所述調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH’，根據(jù)所述電壓dV、調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH和所述樣品的厚度t計(jì)算出磁電系數(shù)的幅度a =dV/(t*dH’)。
[0077]還用于根據(jù)所述外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置傳輸過(guò)來(lái)的外加磁場(chǎng)H的大小，以及計(jì)算出的磁電系數(shù)的幅度α得到磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α -H曲線。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種Ni/PZT/Ni結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的實(shí)際測(cè)量曲線圖。
[0078]還用于測(cè)量不同溫度T下的磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α -H曲線；或者，在固定所述外加磁場(chǎng)H的情況下，測(cè)量所述磁電系數(shù)的幅度α隨溫度T的變化曲線:a -T曲線。
[0079]本發(fā)明實(shí)施例的裝置的數(shù)據(jù)采集控制與數(shù)據(jù)處理軟件的流程圖如圖3所示，具體處理過(guò)程包括:所有通過(guò)USB接口(11)連接的設(shè)備均由計(jì)算機(jī)軟件控制，能夠自動(dòng)測(cè)定磁電復(fù)合材料的磁電系數(shù)隨磁場(chǎng)的變化信息；磁電系數(shù)隨頻率的變化信息；磁電系數(shù)隨溫度的變化信息，并且可以獲得磁電材料中的磁滯信息等。
[0080]數(shù)據(jù)采集控制與數(shù)據(jù)處理軟件是采用Visual Basic語(yǔ)言編寫(xiě)，程序運(yùn)行步驟如下:第一步:程序?qū)Ω鲀x器端口及參數(shù)進(jìn)行初始化。第二部:選擇數(shù)據(jù)采集模式α-Η或a -T或a -f以及磁場(chǎng)H、溫度T或頻率f的變化范圍。第三步:軟件根據(jù)設(shè)定的磁場(chǎng)H、溫度T和頻率f的變化范圍和變化速率調(diào)控相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行磁場(chǎng)H、溫度T和頻率f的變化，鎖相放大器開(kāi)始測(cè)量磁電系數(shù)，軟件將各端口數(shù)值采集到計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中數(shù)據(jù)點(diǎn)及各儀器狀態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示在軟件界面上。第四步:數(shù)據(jù)采集完成后可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑、微商、積分、對(duì)稱(chēng)性數(shù)據(jù)處理以及一些參數(shù)計(jì)算。滿意后可保存數(shù)據(jù)到文件或軟件界面曲線截圖保存或打印。第五步:更換樣品或改變儀器參數(shù)重新測(cè)量。
[0081]以下是具體的測(cè)試過(guò)程:
[0082]I)將樣品放置在磁場(chǎng)調(diào)制線圈中鐵電材料的兩電極接到數(shù)字鎖相放大器的輸入端；把樣品盒和磁場(chǎng)調(diào)制線圈放置在軛鐵縫隙中。
[0083]2)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集軟件，選擇或調(diào)整信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波的頻率、幅度，調(diào)整功率放大器的驅(qū)動(dòng)電流。
[0084]3)選擇數(shù)據(jù)采集模式α -H或a -T或a -f以及磁場(chǎng)H、溫度T或頻率f的變化范圍和變化速率。
[0085]4)點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕開(kāi)始數(shù)據(jù)采集，程序會(huì)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)及數(shù)據(jù)采集模式自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。
[0086]5)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑、微商、積分以及參數(shù)計(jì)算等處理，最后保存為數(shù)據(jù)文件。
[0087]6)更換樣品或改變參數(shù)重復(fù)步驟3至5繼續(xù)測(cè)量。
[0088]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(diǎn):采用數(shù)字鎖相放大技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并提供了一種完備的測(cè)量方法，可以測(cè)量磁電系數(shù)幅度αΕ和相位Θ或磁電系數(shù)實(shí)部α R和虛部α χ隨磁場(chǎng)H、溫度T或頻率f的變化，是一套測(cè)量精度高，自動(dòng)化程度高，功能完備的磁電系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，完全能滿足多種類(lèi)型磁電復(fù)合材料的研究的測(cè)試需求。
[0089]本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量結(jié)果能夠反映不同磁滯、不同工作頻率、不同位相、不同磁場(chǎng)、不同溫度下磁電復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)的變化信息。
[0090]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
[0091]本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。
[0092]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于，包括:外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置、調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置、磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)據(jù)采集裝置； 所述的外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置，用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)磁體產(chǎn)生外加磁場(chǎng)H，將所述外加磁場(chǎng)H施加到所述調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置上； 所述的調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，用于包含磁場(chǎng)調(diào)制線圈，所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈在電流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)，將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，將所述樣品的兩電極連接到所述磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置的輸入端，將所述電流信號(hào)的參數(shù)傳輸給所述數(shù)據(jù)采集裝置； 所述的磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，用于包含數(shù)字鎖相放大器，所述數(shù)字鎖相放大器的輸入端連接所述樣品的兩電極，所述數(shù)字鎖相放大器從所述樣品的電極處檢測(cè)到電壓dV，將所述電壓dV傳輸給所述數(shù)據(jù)采集裝置； 所述的數(shù)據(jù)采集裝置，用于與所述外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置、調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置、磁電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置連接，根據(jù)所述電流信號(hào)的參數(shù)計(jì)算出所述調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH’，根據(jù)所述電壓dV、調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH和所述樣品的厚度t計(jì)算出磁電系數(shù)的幅度a = dV/ (t.?!Η’)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置包括:磁體轉(zhuǎn)角控制器、強(qiáng)磁體和高斯計(jì)， 所述的磁體轉(zhuǎn)角控制器，用 于和減速電機(jī)連接，控制所述減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)所述減速電機(jī)帶動(dòng)所述強(qiáng)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述的強(qiáng)磁體，用于設(shè)置在所述軛鐵的內(nèi)部，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)在所述軛鐵的縫隙中產(chǎn)生外加磁場(chǎng)； 所述的軛鐵，用于將所述外加磁場(chǎng)施加到設(shè)置在其縫隙中的所述調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置上； 高斯計(jì)，用于測(cè)量出所述外加磁場(chǎng)H的大小，將所述外加磁場(chǎng)H的大小傳輸給所述數(shù)據(jù)采集裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于: 所述的數(shù)據(jù)采集裝置，用于根據(jù)所述外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置傳輸過(guò)來(lái)的外加磁場(chǎng)H的大小，以及計(jì)算出的磁電系數(shù)的幅度α得到磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線即α-Η曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的磁電系數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)值，其中包含磁電系數(shù)幅度αE和磁電系數(shù)相位Θ ;或者包含磁電系數(shù)實(shí)部aR和虛部αχ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的調(diào)制磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括:信號(hào)發(fā)生器、交流恒流驅(qū)動(dòng)器和磁場(chǎng)調(diào)制線圈， 所述的信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生正弦波信號(hào)，將所述正弦波信號(hào)的一路作為參考信號(hào)傳輸給所述數(shù)字鎖相放大器，將所述正弦波信號(hào)的另一路經(jīng)功率放大器放大后傳輸給所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈，將所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置； 所述的磁場(chǎng)調(diào)制線圈，用于在其內(nèi)部放置所述樣品，在所述正弦波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)dH’，通過(guò)改變所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度來(lái)改變調(diào)制磁場(chǎng)dH’的頻率和幅度；將所述樣品的兩電極連接到所述數(shù)字鎖相放大器的輸入端；所述的交流恒流驅(qū)動(dòng)器，用于采用交流恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)保證所述調(diào)制磁場(chǎng)dH’的幅度和頻率的穩(wěn)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的裝置還包括: 樣品溫度測(cè)控裝置，用于控制所述樣品的溫度T，對(duì)所述樣品的溫度T進(jìn)行升高、降低或維持不變處理，將所述樣品的溫度T傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的樣品溫度測(cè)控裝置包括: 變溫樣品盒，用于將變溫測(cè)試時(shí)樣品置于盒內(nèi)，由冷氣或熱氣吹使樣品變溫； 溫度傳感器，為PTlOO或熱電偶，置于樣品下方，測(cè)量變溫樣品盒內(nèi)的溫度； 溫度測(cè)控器，用于測(cè)量和控制樣品盒內(nèi)的溫度。 液氮杜瓦，內(nèi)置熱增壓器，用于產(chǎn)生冷氮?dú)饪刂茦悠纷儨亍?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于: 所述的數(shù)據(jù)采集裝置，還可用于測(cè)量不同溫度T下的磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α-Η曲線；或者，在固定所述外加磁場(chǎng)H的情況下，測(cè)量所述磁電系數(shù)的幅度α隨溫度T的變化曲線:a -T曲線。
9.一種基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，包括: 通過(guò)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)磁體產(chǎn)生外加磁場(chǎng)H，將所述外加磁場(chǎng)H施加到磁場(chǎng)調(diào)制線圈上； 將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈在電流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)，將所述樣品的兩電極連接到數(shù)字鎖相放大器的輸入端； 所述數(shù)字鎖相放大器從所述樣品的電極處檢測(cè)到電壓dV ； 根據(jù)所述電流信號(hào)的參數(shù)計(jì)算出所述調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH’，根據(jù)所述電壓dV、調(diào)制磁場(chǎng)的幅度dH’和所述樣品的厚度t計(jì)算出磁電系數(shù)的幅度a = dV/(t.dH’)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述的通過(guò)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)磁體產(chǎn)生外加磁場(chǎng)H，將所述外加磁場(chǎng)H施加到磁場(chǎng)調(diào)制線圈上包括: 將磁體轉(zhuǎn)角控制器和減速電機(jī)連接，控制所述減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述磁體轉(zhuǎn)角控制器通過(guò)所述減速電機(jī)帶動(dòng)強(qiáng)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)； 將所述強(qiáng)磁體設(shè)置在軛鐵的內(nèi)部，通過(guò)所述強(qiáng)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)在所述軛鐵的縫隙中產(chǎn)生外加磁場(chǎng)； 所述軛鐵將所述外加磁場(chǎng)施加到設(shè)置在其縫隙中的所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈上； 通過(guò)高斯計(jì)測(cè)量出所述外加磁場(chǎng)H的大小，將所述外加磁場(chǎng)H的大小傳輸給數(shù)據(jù)采集>j-U ρ?α裝直。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于: 所述的數(shù)據(jù)采集裝置，還用于根據(jù)所述外加磁場(chǎng)產(chǎn)生和測(cè)量裝置傳輸過(guò)來(lái)的外加磁場(chǎng)H的大小，以及計(jì)算出的磁電系數(shù)的幅度α得到磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α-Η曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述的將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈在電流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)，將所述樣品的兩電極連接到數(shù)字鎖相放大器的輸入端包括:通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，將所述正弦波信號(hào)的一路作為參考信號(hào)傳輸給所述數(shù)字鎖相放大器，將所述正弦波信號(hào)的另一路經(jīng)功率放大器放大后傳輸給所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈，將所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置； 將磁電復(fù)合材料制作的樣品放置在所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈中，所述磁場(chǎng)調(diào)制線圈在所述正弦波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)dH’，通過(guò)改變所述正弦波信號(hào)的頻率和幅度來(lái)改變調(diào)制磁場(chǎng)dH’的頻率和幅度；將所述樣品的兩電極連接到所述數(shù)字鎖相放大器的輸入端； 通過(guò)交流恒流驅(qū)動(dòng)器采用交流恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)保證所述調(diào)制磁場(chǎng)dH’的幅度和頻率的穩(wěn)定。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12任一項(xiàng)所述的基于數(shù)字鎖相技術(shù)的磁電系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述的方法還包括: 通過(guò)樣品溫度測(cè)控裝置控制所述樣品的溫度T，將所述樣品的溫度T傳輸給所述的數(shù)據(jù)采集裝置； 所述數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量不同溫度T下的磁電系數(shù)的幅度α隨磁場(chǎng)H的變化曲線:α-Η曲線；或者，在固定所述外加磁場(chǎng)H的情況下，測(cè)量所述磁電系數(shù)的幅度α隨溫度T的變化曲線:a -T曲線。
【文檔編號(hào)】G01R33/12GK103983926SQ201410242194
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王立錦, 劉亞?wèn)|, 王云蛟, 張波 申請(qǐng)人:北京科大分析檢驗(yàn)中心有限公司, 北京新科高測(cè)科技有限公司