專利名稱：電子材料強(qiáng)場(chǎng)電氣特性的自動(dòng)測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及一種超低頻下測(cè)量電子材料強(qiáng)場(chǎng)電氣特性的多功能自動(dòng)測(cè)量?jī)x。
近來(lái)廣為研究的壓電與電致伸縮材料多為鐵電體，迫切需要一種能對(duì)介質(zhì)材料的電致應(yīng)變與電滯回線進(jìn)行同步測(cè)量的儀器，壓敏電阻材料的伏安特性測(cè)量也急需一種動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x。隨著計(jì)算機(jī)的普及，曾有把計(jì)算機(jī)用于電滯回線測(cè)量的報(bào)導(dǎo)(TatsuoFuKami，etalRev.Sci.Instrum，54，1551，1983)，但未見(jiàn)計(jì)算機(jī)用于同步測(cè)量電致應(yīng)變和電滯回線的報(bào)導(dǎo)。伏安特性的測(cè)量傳統(tǒng)上采用靜態(tài)法。這種方法效率低，試樣發(fā)熱引起測(cè)量結(jié)果一致性差。強(qiáng)場(chǎng)測(cè)量關(guān)鍵需要一種高壓放大器，市面已有產(chǎn)品(BOP1000M)采用光電耦合以及直耦放大的原理實(shí)現(xiàn)高壓輸出。它存在一些不足高壓功放管工作電壓達(dá)幾千伏、價(jià)格貴、可靠性低、整機(jī)線性度較差、零漂大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種多功能自動(dòng)測(cè)量?jī)x，可對(duì)介質(zhì)材料的電致應(yīng)變和電滯回線進(jìn)行同步動(dòng)態(tài)測(cè)量，還可對(duì)壓敏電阻材料的伏安特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，此外還可單獨(dú)作一臺(tái)高壓超低頻放大電源使用。
本實(shí)用新型的PC／XT微型機(jī)通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換器輸出的三角波和同步信號(hào)輸出端口輸出的同步信號(hào)經(jīng)高壓超低頻放大器放大輸出后接試樣。試樣的低壓端接二極管和高阻跟隨器的輸入，開(kāi)關(guān)1K1，1K2的定片接高壓超低頻放大器的輸入，動(dòng)片分別接信號(hào)發(fā)生器、D／A以及同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器，開(kāi)關(guān)1K3定片接高阻跟隨器的輸出，動(dòng)片接函數(shù)記錄儀和A／D轉(zhuǎn)換器CH1通道，開(kāi)關(guān)1K1、1K2、1K3完成計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與一般動(dòng)態(tài)測(cè)量之間的轉(zhuǎn)換。電壓偏置跨接于A／D轉(zhuǎn)換器CH1和CH2通道，應(yīng)變轉(zhuǎn)換器用于將試樣的應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換后送入A／D轉(zhuǎn)換器CH0通道，電容器串接于開(kāi)關(guān)2K1的動(dòng)片和地之間，2K1的定片接B端。
高壓超低頻放大器中的電壓調(diào)節(jié)器將單極性的輸入信號(hào)送給初級(jí)放大器的負(fù)輸入端J，初級(jí)放大器的輸出接高頻變壓器的初級(jí)中間抽頭G，整流濾波網(wǎng)絡(luò)的輸入端接高頻變壓器的次級(jí)H、I端，其輸出通過(guò)舌簧繼電器輸出接試樣。舌簧繼電器由同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)，反饋F＋電路將整流濾波網(wǎng)絡(luò)的正輸出反饋給初級(jí)放大器的負(fù)輸入，反饋F－電路將整流濾波網(wǎng)絡(luò)的負(fù)輸出反饋給初級(jí)放大器的正輸入。開(kāi)關(guān)2K2跨接于反饋F－與地之間，起到雙環(huán)反饋與單環(huán)反饋之間的轉(zhuǎn)換作用。高頻載波發(fā)生器的輸出通過(guò)電子開(kāi)關(guān)推動(dòng)高頻變壓器，當(dāng)流過(guò)試樣的電流超過(guò)保護(hù)電流時(shí)，過(guò)流觸發(fā)器觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)，起到保護(hù)作用，脈沖復(fù)位器起復(fù)位電子開(kāi)關(guān)的作用。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。


圖1是本實(shí)用新型整機(jī)原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型高壓超低頻放大器方框圖。
圖3是本實(shí)用新型高阻跟隨器與電壓偏置電路圖。
圖4是本實(shí)用新型信號(hào)發(fā)生器電路圖。
圖5是本實(shí)用新型同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器電路圖。
圖6是本實(shí)用新型高壓超低頻放大器的高頻載波發(fā)生器電路圖。
圖7是本實(shí)用新型高壓超低頻放大器的高頻變壓器及推挽電路圖。
圖8是本實(shí)用新型高壓超低頻放大器的初級(jí)放大及高壓輸出電路圖。
圖9是本實(shí)用新型高壓超低頻放大器的過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)電路圖。
本實(shí)用新型的PC／XT微型機(jī)4通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換器3輸出的三角波和同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器14輸出的同步信號(hào)經(jīng)高壓超低頻放大器5放大輸出Uout加在試樣8上，試樣的低壓端A通過(guò)過(guò)流取樣電阻R1到B端接二極管11和高阻跟隨器9的輸入。轉(zhuǎn)換器3與A／D轉(zhuǎn)換器7采用12位16通道AD／DA板，PC－1216，PORT通道采用八位數(shù)字輸出接口的DO位。開(kāi)關(guān)1K1、1K2的定片接高壓超低頻放大器5的輸入，動(dòng)片分別接信號(hào)發(fā)生器1、D／A轉(zhuǎn)換器3以及同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器14。開(kāi)關(guān)1K3定片接高阻跟隨器9的輸出，動(dòng)片接函數(shù)記錄儀13和A／D轉(zhuǎn)換器7的CH1通道，開(kāi)關(guān)1K1、1K2、1K3完成計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與一般動(dòng)態(tài)測(cè)量之間的轉(zhuǎn)換。2K1的定片接A端，電容12串接于開(kāi)關(guān)2K1的動(dòng)片與地之間，測(cè)量電致應(yīng)變與電滯回線時(shí)，開(kāi)關(guān)2K1使電容12接入電路組成Sawyer-Tower電路，二極管11起過(guò)壓保護(hù)作用。電荷信號(hào)經(jīng)高阻跟隨器9作阻抗變換再加電壓偏置10輸入A／D轉(zhuǎn)換器的CH2通道，應(yīng)變信號(hào)是由應(yīng)變轉(zhuǎn)換器6輸出，接入A／D轉(zhuǎn)換器7的CH0通道。應(yīng)變轉(zhuǎn)換采用應(yīng)變片法，DPM613型應(yīng)變放大器把應(yīng)變由因應(yīng)變而產(chǎn)生的電阻量變化加以轉(zhuǎn)換放大，這兩種信號(hào)可進(jìn)行同步采集。測(cè)量伏安特性時(shí)開(kāi)關(guān)2K1使電容12斷開(kāi)。二極管11起對(duì)電流信號(hào)取對(duì)數(shù)的作用，高阻跟隨器9輸出的電流對(duì)數(shù)信號(hào)輸入A／D轉(zhuǎn)換器7的CH1通道。經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，采集到的電流對(duì)數(shù)值查表再線性插值還原獲得電流值，電致應(yīng)變與電滯回線經(jīng)平滑、計(jì)算后獲得。測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)可存盤、屏幕顯示或由打印機(jī)2打印。
信號(hào)發(fā)生器1采用超低頻三角波發(fā)生電路與線性檢波電路輸出單極性波形，電位器W1對(duì)三角波頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。相位前移波形采用四片NE555組成的施密特觸發(fā)電路獲得，其閾值電壓取自電位器W1的可動(dòng)端，以使相位前移的時(shí)間不隨三角波頻率而變。
計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的單極性三角波由D／A轉(zhuǎn)換器3輸出，軟件實(shí)現(xiàn)的相位前移同步信號(hào)由PORT通道輸出由同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器14通過(guò)開(kāi)關(guān)1K2驅(qū)動(dòng)舌簧繼電器21高壓超低頻放大器5是本儀器的關(guān)鍵部分，其中高頻載波發(fā)生器電路25是由方波信號(hào)經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生高頻脈沖F1、F2，用于驅(qū)動(dòng)高頻推挽管及高頻變壓器19。輸出電壓調(diào)節(jié)器17將單極性的輸入信號(hào)送入初級(jí)放大器的負(fù)輸入端J。初級(jí)放大器18的輸出接高頻變壓器的中間抽頭G，這樣信號(hào)就被載入高頻載波，經(jīng)高頻變壓器的放大、整流濾波，然后通過(guò)舌簧繼電器21輸出雙極性波形Uout，繼電器21由相位前移的同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)，放大器的反饋采用雙環(huán)無(wú)源負(fù)反饋，反饋F＋電路15將整流濾波的正輸出反饋給初級(jí)放大器的負(fù)輸入，反饋F－電路16將整流濾波的負(fù)輸出反饋給初級(jí)放大器的正輸入。開(kāi)關(guān)2K2跨接于反饋F－16與地之間，伏安特性測(cè)量時(shí)閉合開(kāi)關(guān)2K2，單極性輸出采用單環(huán)反饋以降低內(nèi)阻。過(guò)流取樣電阻R1接入試樣低壓端A與高阻跟隨器輸入端B之間，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)后觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)23，電子開(kāi)關(guān)的C、D端接入高頻載波發(fā)生器的輸出，通過(guò)旁路高頻載波達(dá)到切斷高壓輸出的保護(hù)目的。脈沖復(fù)位器22可使電子開(kāi)關(guān)復(fù)位。
本實(shí)用新型的整機(jī)零漂小，而且采用對(duì)電流取對(duì)數(shù)后查表還原電流值的方法，因而可對(duì)很大范圍的伏安特性進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。放大器采用雙環(huán)無(wú)源負(fù)反饋，保證了放大器的優(yōu)良線性度，并采用載波放大原理，由高頻變壓器實(shí)現(xiàn)高低壓隔離，省去了高壓直流電源及高反壓功率管的使用，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。
權(quán)利要求1.電子材料強(qiáng)場(chǎng)電氣特性自動(dòng)測(cè)量?jī)x，它包括微型機(jī)4、和與微型機(jī)4以總線連接方式連接的D/A和A/D，打印機(jī)2同步信號(hào)輸出端口PORT，其特征在于它還包括高壓超低頻放大器5，高壓超低頻放大器5的輸出接試樣8，試樣8的低壓端A經(jīng)R1接二極管11和高阻跟隨器9的輸入B，開(kāi)關(guān)1K1、1K2定片接高壓超低頻放大器的輸入，動(dòng)片分別接信號(hào)發(fā)生器、D/A以及同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器14，開(kāi)關(guān)1K3定片接高阻跟隨器9的輸出，動(dòng)片接函數(shù)記錄儀13和A/D轉(zhuǎn)換器CH1通道，電壓偏置10跨接于A/D轉(zhuǎn)換器CH1和CH2通道，應(yīng)變轉(zhuǎn)換器6用于將試樣8的應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換后送入A/D轉(zhuǎn)換器CH0通道，電容器12串接于開(kāi)關(guān)2K1的動(dòng)片和地之間，2K1的定片接B端。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的高壓超低頻放大器5中的輸出電壓調(diào)節(jié)器17將單極性的輸入信號(hào)送入初級(jí)放大器18的輸入端J，初級(jí)放大器18的輸出接高頻變壓器19的初級(jí)中間抽頭G，整流濾波器20的輸入端接變壓器的次級(jí)H、I，其輸出通過(guò)舌簧繼電器21輸出Uout接試樣8，舌簧繼電器21由同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器14驅(qū)動(dòng)，反饋F＋電路15將整流濾波網(wǎng)絡(luò)的正輸出反饋給初級(jí)放大器的負(fù)輸入，反饋F－電路將整流濾波網(wǎng)絡(luò)的負(fù)輸出反饋給初級(jí)放大器的正輸入，開(kāi)關(guān)2K2跨接于反饋F－16與地之間，高頻載波發(fā)生器25的輸出F1、F2通過(guò)電子開(kāi)關(guān)23推動(dòng)高頻變壓器，過(guò)流觸發(fā)器24觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)23，電子開(kāi)關(guān)的C、D端接入高頻載波發(fā)生器的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的信號(hào)發(fā)生器1中的相位前移同步信號(hào)電路采用四片NE555組成的施密特觸發(fā)電路，其閾值電壓取自超低頻三角波發(fā)生器電路中電位器W1的可動(dòng)端。
專利摘要一種測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的電子材料強(qiáng)場(chǎng)電氣特性的自動(dòng)測(cè)量?jī)x，它由微機(jī)控制輸出波形經(jīng)高壓超低頻放大器輸出，高壓超低頻放大器采用載波放大，由舌簧繼電器實(shí)現(xiàn)雙極性輸出。本測(cè)量?jī)x可對(duì)介質(zhì)材料的電致應(yīng)變和電滯回線進(jìn)行同步動(dòng)態(tài)測(cè)量，還可對(duì)壓敏電阻材料的伏安特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，還可單獨(dú)作一臺(tái)高壓超低頻放大電源使用。它具有整機(jī)零漂小，線性度優(yōu)良，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK2147546SQ9223984
公開(kāi)日1993年11月24日 申請(qǐng)日期1992年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月5日
發(fā)明者王群, 黃水清, 孟中巖 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)