应用案例

　　实验名称：PZT-5H大功率压电性能测试方法及温度功率解耦研究

　　研究方向：大功率压电材料测试

　　实验内容：本文研究了在高功率条件下工作的压电材料的压电和介电性能。由于小信号条件下的压电性能不能直接应用于高功率换能器，因此开发了一种结合恒压法和恒流法优点的综合阻抗法，以及改进的瞬态法，用于PZT-5H压电陶瓷的高功率测试。研究了功率和温度对PZT-5H性能的影响，特别是电机械耦合系数k31、压电常数d31和弹性柔量sE11随功率增加的变化趋势，以及机械品质因子Qm的快速衰减和稳定化。

　　测试设备：ATA-3080功率放大器，PZT-5H陶瓷，多普勒激光测振仪，红外热像仪等。

图：PZT-5H大功率压电性能测试方法及温度功率解耦研究实验框图

图：PZT-5H大功率压电性能测试方法及温度功率解耦研究实验实拍图

　　实验过程：实验中使用了PZT-5H陶瓷作为压电振子，尺寸为30×8×0.5mm。采用多普勒激光测振仪和红外热像仪分别实时测量振子的振动速度和表面温度。综合阻抗法结合了恒流法和恒压法测量的阻抗谱，通过多普勒激光测振仪保证两种方法下振子的振动速度相同。瞬态法通过施加短时正弦脉冲激励振子，记录振动衰减曲线来计算压电性能。两种方法均在不同功率水平下进行，以研究功率和温度对压电性能的影响。

　　测试结果：实验结果表明，随着功率的增加，PZT-5H的k31、d31和sE11呈增加趋势，而Qm先快速衰减然后稳定在固定水平。综合阻抗法下，由于自发热，振子温度显著上升；而瞬态法几乎不产生热量，振子保持室温。通过比较两种方法的结果，成功分离了温度和功率对高功率压电性能的影响。结果显示，自发热温度放大了功率对k31、d31和sE11的影响，而对Qm的影响可以忽略不计。

　　功率放大器推荐：ATA-3080C功率放大器

　　图：ATA-3080C功率放大器指标参数

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