亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：用于圆管型压电元件d₁₅压电常数测量使用的切向加力部件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种压电材料切向压电应变常数(简称d,s压电常数) 测量装置中的加力部件，特别是涉及采用准静态法测量圓管型压电元件d15 压电常数装置中使用的一种切向加力部件。
背景技术：
d15压电常数是表征压电材料压电性能的重要参数之一，以往采用动态法 进行测量(具体方法可参见IEEE标准IEEE Standard on Piezoelectricity, ANSI/IEEE Std. 176-1987，国家标准GB/T3389. 6-1997压电陶乾材料性能测 试方法，长片厚度切变振动模式)，动态法测量d,s压电常数是通过测量压电 被测试样的谐振和反谐振频率后，再经过计算而得到的，是目前国内外通常 使用的一种方法。但动态法是一种间接测量方法，而且测试过程烦瑣，计算 复杂，测量中要求满足一定的边界条件，局限性大，只能测量满足特定形状、 规格和尺寸要求的标准试样(例如尺寸比例长、宽、厚为12:6:1)，所 以实用性较差。采用准静态法测量压电常数，是通过对压电元件施加低频交 变力和测出压电元件在受到低频交变力作用下由于自身压电效应而产生出 的压电电荷得到其压电常数，根据压电材料内部晶体结构分布和对称性的差 异，同一种压电材料会具有纵向(d33)、横向(d31)及切向(d,s)等几个完全 不同方向的压电常数，因此，如何产生出不同方向的低频交变力是准静态法 测量压电材料压电常数的重要前提，无论从理论还是从实际上讲，采用准静 态法测量d33纵向压电常数的纵向低频交变力比较容易实现，采用准静态法 测量(13,横向压电常数的横向低频交变力难度增大，而采用准静态法测量d15 切向压电常数的切向低频交变力最难实现。本发明人在2007年申报的发明 专利"用于切向压电应变常数d15测量中使用的切向加力部件，，(申请号 200710120432.6 )给出了可用于矩形块和片型压电元件山5压电常数准静态 法测量中使用的几种切向加力部件的设计方案，解决了采用准静态法测量矩 形块和片型压电元件d,5压电常数过程中如何施加切向作用力的问题，但由 于在压电元件的实际应用中，除了矩形块和片型压电元件外，还经常会使用到圓管型压电元件，而圆管型压电元件的d,5压电常数在测量时需要将切向 作用力直接施加在圓管型压电元件的内外管壁上，由于其受力面为曲面而非 平面，对其施加切向作用力难度更大，至今为止国内外都尚未找到较好的办 法通过直接对圓管型压电元件施加切向作用力而测得其(115压电常数。因此， 如何解决对圓管曲面施加切向作用力成为本领域人员采用准静态法测得圆 管型压电元件d,5压电常数的关键问题。发明内容本实用新型的目的在于为解决对圓管曲面施加切向作用力的问题，实 现圆管型压电元件(115压电常数的准静态法测量，从而提供一种能够对圆管 型压电元件内外管壁施加切向作用力的切向加力部件，该部件简单实用、能够将一个纵向低频交变力转换为切向低频交变力施加在被测圆管型压电元 件上，满足其准静态法d,5压电常数的测量需要。 本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的用于圆管型压电元件l压电常数准静态法测量中使 用的切向加力部件(见图l-a、图1-b、图2-a和图2-b),包括受力加压固 定件1-Q1、受力加压件l-02;其特征在于，还包括调节螺栓l-03和绝缘套 1-04,所述的绝缘套1-04的头部为半球形的，所述的调节螺栓l-03末端安 装所述的绝缘套1-04;所述的受力加压固定件1-01为一U型的金属框架， 该受力加压固定件1-01的一根立柱的中间有一水平螺孔，所述的水平螺孔 对准所述的受力加压固定件1-01的另一根立柱的中心垂直线，所述的调节 螺栓1-03由外向内穿入所述的水平螺孔；所述的受力加压件1-02为一 L型的方柱形金属杆，使用时倒置安装在 所述的受力加压固定件1-01内，该受力加压件1-02的竖柱的外侧面上、与 所述的调节螺栓1-03相对应的位置处设有一半球形凹槽，与所述的调节螺 栓1-03末端安装的绝缘套1-04的头部相配合，该受力加压件1-02的横柱 外侧面上还开有一水平半圆凹槽1-07，使用时作为受力端面也可以方便地进 行受力位置的横向移动。在上述的技术方案中，所述的受力加压固定件1-01的U型的金属框架 的一根立柱是圆柱形杆1-08，而另一根立柱为方柱形杆1-09，底边为方柱
形1-10，在方柱形底边1-10的外侧面也开有一水平半圆凹槽。使用时只需把圆管型压电元件套在U型受力加压固定件的圆柱上，将L 型受力加压件倒置插入到U型受力加压固定件开口内，旋转调节螺栓将圆管 型压电元件夹住及固定。本实用新型在^f吏用时将圓管型压电元件1-05套在U型的受力加压固定 件1-Ol的圆柱上，用倒置L型的受力加压件1-02的竖边方柱将其压�。�此 时，受力加压件1-02的4黄边方柱末端应朝向受力加压固定件1-01的圆柱一 边且位于圆柱顶的上面，然后旋转调节螺栓l-03, ^使其末端绝缘套1-04的 半球头顶在受力加压件1-02竖边方柱体外端面上的半^l形凹槽内，将圆管 型压电元件1-05的管壁牢牢固定在受力加压固定件1-01的圆柱体与受力加 压件1-02的竖边方柱体之间，沿被夹住的管壁厚度中心位置方向对整个切 向加力部件中受力加压件1-02的受力端面和受力加压固定件l-Ol的受力端 面施加低频纵向交变力F3(见图3a和图3b),安装在切向加力部件中的圆管 型压电元件1-05在此过程中受到静态夹持力F,和切向低频交变力Fs的同时 作用(见图3c),由于静态夹持力F,与切向低频交变力F5相垂直，不会对圆 管型压电元件受到切向低频交变力Fs作用后由于压电效应产生的压电电荷 数量产生影响，也就是说只有切向低频交变力Fs对测量圓管型压电元件的 d,5压电常数发生作用，因此，可以通过本实用新型提供的切向加力部件中得 到圆管型压电元件d,5压电常数测量所需要的切向作用力。应用本实用新型设计制作能够对圓管型压电元件施加切向作用力的切向加力部件(参见实施例1);将本实用新型直接使用在目前国内外广泛使用 的ZJ系列准静态(133测量仪上测量圆管型压电元件的d,5压电常数(参见实施 例2 )。本发明的优点在于本发明提供的用于圆管型压电元件d"压电常数测量使用的切向加力部 件，把圆管型压电元件d5压电常数准静态法测量中所必需且难以实现的切 向力，通过一个比较简单的部件就能从目前易于实现的纵向低频交变力中得 到，使得制作准静态法测量圓管型压电元件d,s压电常数专用仪器及装置的 核心问题得以解决，该切向加力部件结构简单、操作方便、适用性很强，不 但可以对圆管型压电元件提供di5压电常数测量所需要的切向作用力，还可
以对其它矩形块或矩形片压电元件提供d,5压电常数测量所需要的切向作用力(参见实施例3)。


以下结合附图和实施例来详细说明本实用新型的切向加力部件，其中图la本实用新型切向加力部件中U型的受力加压固定件结构示意图图lb本实用新型切向加力部件中L型的受力加压件结构示意图图2a本实用新型中的U型的受力加压固定件另一种结构示意图图2b本实用新型中L型的受力加压件另一种结构示意图图3a本实用新型切向加力部件结构示意图图3b本实用新型的切向加力部件组成立体结构示意图图3c应用本实用新型的切向加力部件对圆管型压电被测元件受力分析图图面i兌明1-01—U型受力加压固定件 l-02—L型受力加压件1-03—调节螺4全 1-04—绝缘套l-05—圓管型压电元件 l-06—长方块型压电元件l-07—水平半圓凹槽 1-08—圓柱形杆1-09—方柱形杆 1-IO—方柱形底边具体实施方式
实施例l参考图la和图lb,制作一个用于圓管型压电元件"压电常数准静态法测 量中使用的切向加力部件。本实施例中的切向加力部件由 一受力加压固定件1-01、 L型受力加压件 1-02、调节螺栓l-03和绝缘套1-04组成，其中受力加压固定件1-01为U型金 属框架；受力加压件1-02为L型，它们均由金属材料制作，例如铝、铜、 钢、不锈钢等；调节螺栓1-03直接采用M3x 20mm的标准件，绝缘套l-04用聚 四氟乙稀材料制作，末端为半球形，其直径为6mm,也可以用尼龙、硬塑料等绝缘材料制成；该绝缘套l-04固定在调节螺栓l-03末端。本实施例的受力加压固定件1-01的U型金属框架的两根立柱均为圓柱，其 中 一根圆柱中间开有一水平螺孔，该水平螺孔对准U型金属框架的另 一根圆 柱的中心垂直线，调节螺栓l-03由外向内穿入水平螺孔，并在其末端安装上 绝缘套1-04, U型的受力加压固定件l-01的底面开有一直径为7mm的半圆凹槽，使用时作为下受力端面。L型的受力加压件l-02的外形尺寸约为40mtnx 18mmx lOmm，其中竖边为截 面10mmx 6mm高度35mm左右的长方柱体，在外端面中间有一直径为6. 5mm的半 球形凹槽，横边是截面10mmx 6隱长度18mm的长方柱体，在横边外端面开有 一直径为7mm的半圓凹槽，使用时作为上受力端面。实施例2参考图2a和图2b，制作一个用于圆管型压电元件d,5压电常数准静态法测 量中使用的切向加力部件。本实施例中的切向加力部件由U型的受力加压固定件1-01、 L型的受力 加压件1-02、调节螺栓1-03和绝缘套1-04组成，其中受力加压固定件l-Ol 和受力加压件1-02由金属材料制作，例如铝、铜、钢、不锈钢等；绝缘 套l-04用聚四氟乙稀材料制作，末端为半球形，其直径为6mm,也可以用尼 龙、硬塑料等绝缘材料制成；调节螺栓1-03直接采用M3 x 20mm的标准件。 受力加压固定件1-01的外形尺寸约为40mmx 30mmx 10mm，其中U型的受力 加压固定件1-01两个；立柱， 一个为圆柱体，直径为6mm，高度为35咖左右； 另一个为长方柱体，截面为10mmx 5mm,高度也为35mm左右，在长方柱竖边 的中间，有一M3的水平螺孔对准圆柱竖边的中心垂直线，M3x20的调节螺 栓1-03由外向内穿入并在其末端安装上绝缘套1-04，受力加压固定件l-Ol 的底边是截面为10mm x 6mm长方柱体，长度30mm左右，在下端面开有一直径 为7mm的半圓凹槽，使用时作为下受力端面。受力加压件1-02的外形尺寸约为40mmx 18mmx lOmm，其中竖边为截面 10mmx 6mm高度35mm左右的长方柱体，在外端面中间有一直径为6. 5rmn的半 球形凹槽，；横边是截面10mmx 6mm长度18mm的长方柱体，在横边外端面开 有一直径为7mm的半圆凹槽，使用时作为上受力端面。按以上尺寸所设计的 切向加力部件大体可适用于内径大于6mm,厚度小于8腿以及高度小于25mm 的圓管型压电元件使用，如对超出以上尺寸范围的圆管型压电元件则可通过
改变受力加压固定件1-01和受力加压件1-02以及调节螺栓1-03各个部分 的尺寸来解决。在使用当中，首先将满足上列尺寸要求的圆管型压电元件 1-05套在受力加压固定件1-01的圆柱上，将受力加压件l-02倒置用竖边方 柱将其夹�。�此时，受力加压件1-02的横边方柱末端应朝向受力加压固定 件1-01的圓柱一边且位于圆柱顶的上面，然后旋转调节螺栓1-03，使其末 端绝纟彖套l-04的半;求头顶在受力加压件1-02竖边方柱外端面上的半球形凹 槽内，将圓管型压电元件1-05牢牢固定，当沿被夹住的管壁厚度中心位置 方向对整个切向加力部件中受力加压件1-02的上受力端面和受力加压固定 件1-01的下受力端面施加低频纵向交变力F3 (见图2)，其中的圆管型压电 元件1-05便得到d,5压电常数准静态法测量所需要的切向作用力(见图3a、 图3b和图3c)。
权利要求1. 一种用于圆管型压电元件d15压电常数测量使用的切向加力部件，包括受力加压固定件(1-01)、受力加压件(1-02)；其特征在于，还包括调节螺栓(1-03)和绝缘套(1-04)，所述的绝缘套(1-04)的头部为半球形的，所述的调节螺栓(1-03)末端安装所述的绝缘套(1-04)；所述的受力加压固定件(1-01)为一U型的金属框架，该受力加压固定件(1-01)的一根立柱的中间有一水平螺孔，所述的水平螺孔对准所述的受力加压固定件(1-01)的另一根立柱的中心垂直线，所述的调节螺栓(1-03)由外向内穿入所述的水平螺孔；所述的受力加压件(1-02)为一L型的方柱形金属杆，使用时倒置安装在所述的受力加压固定件(1-01)内，该受力加压件(1-02)的竖柱的外侧面上、与所述的调节螺栓(1-03)相对应的位置处设有一半球形凹槽，与所述的调节螺栓(1-03)末端安装的绝缘套1-04的头部相配合，该受力加压件(1-02)的横柱外侧面上还开有一水平半圆凹槽(1-07)。
2. 根据权利要求1所述用于圓管型压电元件(115压电常数测量使用的切 向加力部件，其特征在于，所述的受力加压固定件(1-01)的U型的金属框 架的一根立柱是圆柱形杆(1-08),而另一根立柱为方柱形杆(1-09),底边 为方柱形(1-10)，在方柱形底边(1-10)的外侧面也开有一水平半圓凹槽。
专利摘要本实用新型涉及一种用于圆管型压电元件d₁₅压电常数测量使用的切向加力部件，包括受力加压固定件、受力加压件、调节螺栓和绝缘套，调节螺栓末端安装绝缘套；受力加压固定件为一U型的金属框架，其一根立柱的中间有一水平螺孔，水平螺孔对准受力加压固定件的另一根立柱的中心垂直线，调节螺栓由外向内穿入所述的水平螺孔；受力加压件为一L型的方柱形金属杆，使用时倒置安装在所述的受力加压固定件内，该受力加压件的竖柱的外侧面上、与所述的调节螺栓相对应的位置处设有一半球形凹槽，与调节螺栓末端安装的绝缘套相配合，该受力加压件的横柱外侧面上还开有一水平半圆凹槽。该切向加力部件结构简单、操作方便、适用性很强。
文档编号G01R29/00GK201215575SQ20082010829
公开日2009年4月1日 申请日期2008年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者易晓星, 潮 潘, 陈守六, 鲍小琪 申请人:中国科学院声学研究所