一種氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，尤其涉及一種采用氣腔壓力法的薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置。
【背景技術】
[0002]壓電常數(shù)(Piezoelectric Constant)是壓電體把機械能轉變?yōu)殡娔芑虬央娔苻D變?yōu)闄C械能的轉換系數(shù)。它反映壓電材料彈性(機械)性能與介電性能之間的耦合關系。選擇不同的自變量，可以得到四組壓電常數(shù)d、g、e、h，其中較常用的是壓電常數(shù)d。其中壓電常數(shù)d33是表征壓電材料性能的最常用的重要參數(shù)之一，一般陶瓷的壓電常數(shù)越高，壓電性能越好。下標中的第一個數(shù)字指的是電場方向，第二個數(shù)字指的是應力或應變的方向，“33”表示極化方向與測量時的施力方向相同。
[0003]壓電常數(shù)測量的基本原理是利用材料的壓電效應，包括正壓電效應和逆壓電效應。即給薄膜施加應力，測量產(chǎn)生的電荷(電壓)；或給薄膜施加電壓，測量產(chǎn)生的應變，由此推得薄膜的壓電系數(shù)。
[0004]目前薄膜材料壓電常數(shù)d33的測量方法有多種，包括氣腔壓力法，懸臂梁法，單束或雙束激光干涉法，激光多普勒振動法以及傳統(tǒng)的阻抗分析法等，傳統(tǒng)的阻抗分析法和懸臂梁法的可靠性太差，激光干涉法的可靠性較高，但是激光干涉有位移分辨率或襯底移動等種種問題，而且測量不方便。采用氣腔壓力法既能保證一定的可靠性，又簡單直接，應用比較多。
[0005]目前的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)d33測量裝置如附圖1所示，貴在可以簡單，直接得到真實的d33，裝置工作原理示意圖見附圖2，但測量實施中存在較多弊端。首先，加壓前需用絕緣環(huán)壓緊束縛薄膜材料的邊界，然后對邊界以內的薄膜施加一定的氣體壓力，這與實際工作中受力情況有差異，在邊界處會引入切向力；其次，隨著腔體內氣體壓力的增加，絕緣環(huán)與薄膜材料的接觸面會產(chǎn)生變化，即薄膜材料的受力面積不再為恒定值，使得后續(xù)計算產(chǎn)生偏差；再者，目前的氣腔壓力法測量裝置，氣體從薄膜的兩面分別充入腔體且不互通，易出現(xiàn)兩側腔體壓力不均衡，令薄膜產(chǎn)生非垂直方向的形變。

【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，解決現(xiàn)在的測量裝置壓力不均衡，接觸面會產(chǎn)生變化從而影響測量結果的缺陷。
[0007]技術方案
[0008]一種氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于:將待測薄膜材料放置在全封閉氣腔內，所述全封閉氣腔通過壓力控制器連接氣源，由壓力控制器控制全封閉氣腔內的壓力，所述待測薄膜材料上下兩面的電極與設置在全封閉氣腔的腔體壁上的連通全封閉氣腔內外的導電柱電連接，所述導電柱的外接電線連接電荷放大器，最后連接到數(shù)字示波器，所述壓力控制器連接有數(shù)字壓力計，所述全封閉氣腔內還設置有熱電偶傳感器，熱電偶傳感器連接監(jiān)控用數(shù)字溫度計。
[0009]所述全封閉氣腔包括上蓋板、中間腔體和下蓋板，所述上蓋板和中間腔體之間以及中間腔體和下蓋板之間設置有密封圈，在所述下蓋板上的中間腔體內設置有支撐柱，支撐柱上設置有待測薄膜材料放置平臺，平臺上有待測薄膜材料放置凹孔，用來放置待測薄膜材料，平臺邊設置有內導電柱，所述內導電柱分別與所述待測薄膜材料上下兩面的電極電連接，內導電柱通過同軸線與設置在腔體壁上的連通全封閉氣腔內外的外導電柱電連接。
[0010]所述外導電柱設置在下蓋板壁上。
[0011]所述中間腔體外的下蓋板上設置有水平監(jiān)控泡，下蓋板下方設置有多個支撐底腳，所述支撐底腳上均設置有高度調節(jié)螺釘。
[0012]所述支撐底腳設置為三個，均勻設置在下蓋板下方，每個支撐底腳間夾角為120度。
[0013]有益效果
[0014]本實用新型的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置通過將待測薄膜材料放置在全封閉氣腔內，通過壓力控制器控制全封閉氣腔內的壓力均衡，不會出現(xiàn)受理不均勻，以及因為腔體內壓力不均衡，令薄膜產(chǎn)生非垂直方向的形變等的情況，因此不會在測量過程中出現(xiàn)影響測量結果的不良因素，大大提高了測量精度。
【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有氣腔壓力法壓電常數(shù)測量裝置工作示意圖。
[0016]圖2為材料壓電效應原理示意圖。
[0017]圖3為本實用新型本實用新型結構工作原理示意圖。
[0018]圖4為本實用新型的全封閉氣腔主視剖視示意圖。
[0019]圖5為本實用新型的全封閉氣腔俯視示意圖，其中右半邊為部分剖視示意圖。其中:1-待測薄膜材料，2-全封閉氣腔，21-上蓋板，22-中間腔體，23-下蓋板，24-密封圈，25-支撐柱，26-內導電柱，27-外導電柱，28-水平監(jiān)控泡，29-高度調節(jié)螺釘，2a-進氣接口，2b-電荷輸出接口，3-壓力控制器，4-氣源，5-電荷放大器，6-數(shù)字示波器，7-數(shù)字壓力計，8-熱電偶傳感器，9-數(shù)字溫度計。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本實用新型。
[0021]為解決現(xiàn)在薄膜材料測試中出現(xiàn)的種種弊端，本申請?zhí)岢鲆环N氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，將待測薄膜材料放置在全封閉氣腔內，所述全封閉氣腔通過壓力控制器連接氣源，由壓力控制器控制全封閉氣腔內的壓力，所述待測薄膜材料上下兩面的電極與設置在全封閉氣腔的腔體壁上的連通全封閉氣腔內外的導電柱電連接，所述導電柱的外接電線連接電荷放大器，最后連接到數(shù)字示波器，所述壓力控制器連接有數(shù)字壓力計，所述全封閉氣腔內還設置有熱電偶傳感器，熱電偶傳感器連接監(jiān)控用數(shù)字溫度計。
[0022]所述全封閉氣腔包括上蓋板、中間腔體和下蓋板，所述上蓋板和中間腔體之間以及中間腔體和下蓋板之間設置有密封圈，在所述下蓋板上的中間腔體內設置有支撐柱，支撐柱上設置有待測薄膜材料放置平臺，平臺上有待測薄膜材料放置凹孔，用來放置待測薄膜材料，平臺邊設置有內導電柱，所述內導電柱分別與所述待測薄膜材料上下兩面的電極電連接，內導電柱通過同軸線與設置在腔體壁上的連通全封閉氣腔內外的外導電柱電連接。
[0023]所述外導電柱設置在下蓋板壁上。
[0024]所述中間腔體外的下蓋板上設置有水平監(jiān)控泡，下蓋板下方設置有多個支撐底腳，所述支撐底腳上均設置有高度調節(jié)螺釘。所述支撐底腳設置為三個，均勻設置在下蓋板下方，每個支撐底腳間夾角為120度。
[0025]本實用新型能在全封閉氣腔內實現(xiàn)了對薄膜材料壓電常數(shù)CU勺測量，通過壓力控制器控制全封閉氣腔內的壓力均衡，不會出現(xiàn)受理不均勻，以及因為腔體內壓力不均衡，令薄膜產(chǎn)生非垂直方向的形變等的情況，因此不會在測量過程中出現(xiàn)影響測量結果的不良因素，大大提高了測量精度。同時本實用新型也可用于薄晶體，成品壓電薄膜器件、傳感器等(U勺測量。
【主權項】
1.一種氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于:將待測薄膜材料放置在全封閉氣腔內，所述全封閉氣腔通過壓力控制器連接氣源，由壓力控制器控制全封閉氣腔內的壓力，所述待測薄膜材料上下兩面的電極與設置在全封閉氣腔的腔體壁上的連通全封閉氣腔內外的導電柱電連接，所述導電柱的外接電線連接電荷放大器，最后連接到數(shù)字示波器，所述壓力控制器連接有數(shù)字壓力計，所述全封閉氣腔內還設置有熱電偶傳感器，熱電偶傳感器連接監(jiān)控用數(shù)字溫度計。
2.如權利要求1所述的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于:所述全封閉氣腔包括上蓋板、中間腔體和下蓋板，所述上蓋板和中間腔體之間以及中間腔體和下蓋板之間設置有密封圈，在所述下蓋板上的中間腔體內設置有支撐柱，支撐柱上設置有待測薄膜材料放置平臺，平臺上有待測薄膜材料放置凹孔，用來放置待測薄膜材料，平臺邊設置有內導電柱，所述內導電柱分別與所述待測薄膜材料上下兩面的電極電連接，內導電柱通過同軸線與設置在腔體壁上的連通全封閉氣腔內外的外導電柱電連接。
3.如權利要求2所述的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于:所述外導電柱設置在下蓋板壁上。
4.如權利要求2所述的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于:所述中間腔體外的下蓋板上設置有水平監(jiān)控泡，下蓋板下方設置有多個支撐底腳，所述支撐底腳上均設置有高度調節(jié)螺釘。
5.如權利要求4所述的氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于:所述支撐底腳設置為三個，均勻設置在下蓋板下方，每個支撐底腳間夾角為120度。
【專利摘要】本實用新型涉及一種薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，屬于測量領域。一種氣腔壓力法薄膜材料壓電常數(shù)測量裝置，其特征在于：將待測薄膜材料放置在全封閉氣腔內，所述全封閉氣腔通過壓力控制器連接氣源，由壓力控制器控制全封閉氣腔內的壓力，所述待測薄膜材料上下兩面的電極與設置在全封閉氣腔的腔體壁上的連通全封閉氣腔內外的導電柱電連接，所述導電柱的外接電線連接電荷放大器，最后連接到數(shù)字示波器，所述壓力控制器連接有數(shù)字壓力計，所述全封閉氣腔內還設置有熱電偶傳感器，熱電偶傳感器連接監(jiān)控用數(shù)字溫度計。本實用新型通過將待測薄膜材料放置在全封閉氣腔內，不會在測量過程中出現(xiàn)影響測量結果的不良因素，大大提高了測量精度。
【IPC分類】G01R29-22
【公開號】CN204595101
【申請?zhí)枴緾N201520060196
【發(fā)明人】安兆亮, 鄧崢, 何龍標, 傅云霞, 楊平, 陳文王
【申請人】上海市計量測試技術研究院
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年1月28日