實驗名稱：PZT-5H大功率壓電性能測試方法及溫度功率解耦研究

　　研究方向：大功率壓電材料測試

　　實驗內容：本文研究了在高功率條件下工作的壓電材料的壓電和介電性能。由于小信號條件下的壓電性能不能直接應用于高功率換能器，因此開發了一種結合恒壓法和恒流法優點的綜合阻抗法，以及改進的瞬態法，用于PZT-5H壓電陶瓷的高功率測試。研究了功率和溫度對PZT-5H性能的影響，特別是電機械耦合系數k31、壓電常數d31和彈性柔量sE11隨功率增加的變化趨勢，以及機械品質因子Qm的快速衰減和穩定化。

　　測試設備：ATA-3080功率放大器，PZT-5H陶瓷，多普勒激光測振儀，紅外熱像儀等。

圖：PZT-5H大功率壓電性能測試方法及溫度功率解耦研究實驗框圖

圖：PZT-5H大功率壓電性能測試方法及溫度功率解耦研究實驗實拍圖

　　實驗過程：實驗中使用了PZT-5H陶瓷作為壓電振子，尺寸為30×8×0.5mm。采用多普勒激光測振儀和紅外熱像儀分別實時測量振子的振動速度和表面溫度。綜合阻抗法結合了恒流法和恒壓法測量的阻抗譜，通過多普勒激光測振儀保證兩種方法下振子的振動速度相同。瞬態法通過施加短時正弦脈沖激勵振子，記錄振動衰減曲線來計算壓電性能。兩種方法均在不同功率水平下進行，以研究功率和溫度對壓電性能的影響。

　　測試結果：實驗結果表明，隨著功率的增加，PZT-5H的k31、d31和sE11呈增加趨勢，而Qm先快速衰減然后穩定在固定水平。綜合阻抗法下，由于自發熱，振子溫度顯著上升；而瞬態法幾乎不產生熱量，振子保持室溫。通過比較兩種方法的結果，成功分離了溫度和功率對高功率壓電性能的影響。結果顯示，自發熱溫度放大了功率對k31、d31和sE11的影響，而對Qm的影響可以忽略不計。

　　功率放大器推薦：ATA-3080C功率放大器

　　圖：ATA-3080C功率放大器指標參數

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