Усилитель заряда LE-41 в задаче измерения пьезомодулей монокристаллов

Внедрение: 2020 г.

Разработана экспериментальная установка [1] для квазистатических измерений пьезомодулей d_ijk монокристаллов на основе возможностей прецизионных изменений механических напряжений прибором DMA 242 C в диапазоне частот 0‑100 Гц. В измерительной схеме применен специальный держатель образцов и усилитель заряда LE‑41.

Устройство DMA 242 C обеспечивает точное изменение приложенной динамической нагрузки с частотой 0‑100 Гц к образцу в диапазоне 0‑8 Н с одновременной возможностью управления статической нагрузкой в том же диапазоне.

Блок-схема экспериментального метода с использованием DMA 242 C для квазистатических измерений пьезомодулей представлена на рисунке 1. Электрические поверхностные заряды пьезоэлектрического образца под нагрузкой преобразуются усилителем заряда LE‑41 (4) в напряжение, регистрируемое осциллографом (3). 

Рисунок 1. Блок-схема квазистатического метода измерения пьезомодулей: 1 – DMA 242 C; 2 – ПК; 3 – осциллограф DPO 7104; 4 – усилитель заряда LE‑41; 5 – блок питания; 6 – образец; 7 – держатель образца; 8 – электроды; 9 – диэлектрические держатели; 10 – смазочный слой.

Точность работы устройства и измерения пьезомодулей контролировались путем измерения пьезоэлектрических постоянных в условиях различных динамических нагрузок и разных частот измерения. На рисунке 2 показана линейная зависимость измеренного заряда от величины динамической нагрузки, а на рисунке 3 – постоянство определенного напряжения для разных частот измерения.

Рисунок 2. Зависимость величины заряда на гранях образца от величины динамической нагрузки.

Рисунок 3. Значения напряжения U на образце при измерении на разных частотах.

Реализованным квазистатическим методом были определены пьезомодули d_ijk монокристаллов лангасита La₃Ga₅SiO₁₄ и цинкита ZnO, а также алюмобората иттрия YAl₃(BO₃)₄. Геометрия образцов, необходимая для раздельного определения компонент пьезомодуля, представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Ориентация образца для квазистатических измерений.

Проведенные исследования показали возможность применения прибора DMA 242 C для управления динамическими нагрузками на кристалл в процессе квазистатических измерений пьезоэлектрических модулей монокристалла. Это применение основано на модификации измерительной ячейки прибора с использованием дополнительных диэлектрических держателей образцов, а также на использовании усилителя заряда LE‑41 в схеме измерения. Точность и повторяемость результатов основаны на создании однородных механических напряжений в образце. Полученные значения пьезоэлектрических модулей лангасита и цинкита соответствуют данным научной литературы. Устройство, разработанное на основе DMA 242 C, было применено для определения пьезомодулей алюмобората иттрия.

Настоящее исследование финансировалось Российским фондом фундаментальных исследований, проект № 18‑42‑240016.

Источник:

Citation: P.P.Turchin, V.I.Turchin, S.V.Yurkevich, P.O.Sukhodaev, I.S.Raikova, Application of DMA 242 C for Quasi-Static Measurements of Piezoelectric Properties of Solids, J. Sib. Fed. Univ. Math. Phys., 2020, 13(1), 97‑103.
DOI: 10.17516/1997-1397-2020-13-1-97-103.

Для оформления ссылки на данную статью использован фрагмент рисунка из статьи: А.Мололкин. "Лангасит. Нераскрытый потенциал!", zen.yandex.ru 

Разработчик: Турчин П.П., Турчин В.И., Юркевич С.В., Суходаев П.О., Райкова И.С. (Сибирский федеральный университет, Красноярск)