專利名稱：一種壓電材料性能自動測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電材料性能自動測試系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法主要應(yīng)用于壓電元器件生產(chǎn)過程中的性能自動檢測。
背景技術(shù)：
壓電材料是一種受到壓力作用時會在該材料兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料，包括壓電晶體材料、壓電陶瓷材料、壓電聚合物等。目前，壓電材料以其優(yōu)越的壓電性能被廣泛地應(yīng)用于航空、軍事、石油工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域，但是不同的應(yīng)用對壓電材料的性能指標(biāo)參數(shù)要求也有所不同。因此在壓電元器件的生產(chǎn)制造過程中，對壓電元器件的性能測試是非常重要的一個環(huán)節(jié)，需要通過性能測試來判斷壓電元器件的性能是否滿足指標(biāo)要求，并要將其記錄下來，作為下一步應(yīng)用的參考。
在傳統(tǒng)的壓電元器件的生產(chǎn)制造過程中，通常是采用一人操作讀數(shù)、一人在提前設(shè)計好的表格上邊編號邊記錄的方法來進行對壓電元器件的性能測試，其中各壓電元器件的直接指標(biāo)可以實時讀取后人工記錄在表格上，但是間接指標(biāo)還要等全部壓電元器件測試好之后再進行人工計算后才能進一步判斷其是否符合指標(biāo)要求，進而再做篩選，而且，若想對某一批次的壓電元器件的性能進行統(tǒng)計分析的話，又是一項工作量很大的工作。這樣，一方面，操作讀數(shù)的人員和記錄數(shù)據(jù)的人員長時間工作下來很容易疲勞，難免會出錯，且記錄錯誤又不易修改，另一方面，壓電元器件的間接指標(biāo)需要在進行人工計算之后才能判斷其是否滿足要求，這不僅增加了人工計算的工作量，而且若在人工計算后判斷出該壓電元器件的間接指標(biāo)不符合指標(biāo)要求，則還需重新補充樣品，重新進行測試，并且再重新根據(jù)測得的數(shù)據(jù)進行人工計算，因此導(dǎo)致整個測試過程效率很低。
例如，中國專利20080017250. 0公開了一種壓電元件。在該專利中，采用測試儀器手動測試該壓電元件的各項性能，例如分別使用Agilent 4294A阻抗分析儀測定該壓電元件的壓電基板的共振頻率Fr、反共振頻率1 、使用Agilent 53181A頻率計數(shù)器測定該壓電元件的壓電基板的振蕩頻率FO等參數(shù)，對各項參數(shù)進行人工記錄，此外還根據(jù)測得的參數(shù)、利用特定等效電路及公式人工計算出相關(guān)的間接參數(shù)，如機電耦合系數(shù)kl5，振蕩頻率變化率等等。此種測試方法，不但需要對測得的數(shù)據(jù)進行人工記錄，還需要對測得的數(shù)據(jù)進行大量的人工計算，從而判斷出經(jīng)過人工計算后的間接數(shù)據(jù)是否滿足要求。采用此方法，耗時耗力，而且在人工記錄及人工計算過程中均不可避免會發(fā)生錯誤。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種壓電材料性能自動測試系統(tǒng)和方法，可以對壓電元器件的各項性能進行自動測試，將測試人員從繁重的手動測試及記錄中解放出來，大大提高測試效率。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種壓電材料性能自動測試系統(tǒng)，包括控制單元、與待測壓電材料相連的多個可程控測試單元、以及連接在所述控制單元與所述多個可程控測試單元之間的傳輸單元，所述各可程控測試單元通過所述傳輸單元接收來自所述控制單元的指令以對所述待測壓電材料的壓電性能進行自動測試，并將測試得到的直接壓電性能數(shù)據(jù)通過所述傳輸單元反饋至所述控制單元，所述控制單元將接收到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示單元并進行記錄，所述直接壓電性能數(shù)據(jù)為包括諧振頻率、諧振阻抗、反諧振頻率、反諧振阻抗、電導(dǎo)、電抗、容抗、靜態(tài)電容和介電損耗在內(nèi)的直接壓電性能數(shù)據(jù)。
該壓電材料性能自動測試系統(tǒng)搭建簡單、方便，可以對壓電元器件的各項直接壓電性能進行自動測試，與傳統(tǒng)的測試方法相比，該系統(tǒng)操作簡單、快捷、方便、易于保存，自動化程度高，可以大大降低勞動力成本、提高測試效率，還可避免人工測試的誤操作或數(shù)據(jù)記錄的筆誤。
在本發(fā)明中，所述控制單元配置為根據(jù)預(yù)先設(shè)定的壓電性能參數(shù)公式從測試得到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)計算出所述待測壓電材料的間接壓電性能數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述顯示單元，所述間接壓電性能數(shù)據(jù)為包括帶寬、介電常數(shù)、機械品質(zhì)因子和機電耦合系數(shù)在內(nèi)的間接壓電性能數(shù)據(jù)。
采用本發(fā)明，可對待測壓電材料的間接參數(shù)指標(biāo)進行自動測試，減少了人工計算間接參數(shù)指標(biāo)的環(huán)節(jié)，不但簡化了測試工序，還減少了人工計算容易發(fā)生錯誤的風(fēng)險，提高了測試效率。
在本發(fā)明中，所述控制單元配置為對各所述直接或間接壓電性能數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定參考數(shù)據(jù)范圍，判斷測試得到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)或計算出的所述間接壓電性能數(shù)據(jù)是否在預(yù)先設(shè)定的所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，將屬于所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所述直接或間接壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至所述顯示單元進行記錄，對不屬于所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所述直接或間接壓電性能數(shù)據(jù)，所述控制單元向所述顯示單元發(fā)送更換待測壓電材料的提示指令。
采用本發(fā)明，還可在測試過程中根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)范圍，對待測壓電材料自動進行合格判斷，將不合格品剔除，對合格品的各指標(biāo)參數(shù)進行記錄。與傳統(tǒng)方法相比，節(jié)省了在人工計算間接參數(shù)指標(biāo)后再進行人工判斷合格的過程，簡化了測試過程，并節(jié)省了測試時間。
在本發(fā)明中，所述可程控測試單元為內(nèi)置GPIB接口的測試裝置，且所述傳輸單元包括USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置、連接在所述USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置的一端與所述控制單元之間的USB電纜、以及連接在所述USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置的另一端與所述各可程控測試單元之間的GPIB電纜。
采用本發(fā)明，利用USB/GPIB接口的數(shù)據(jù)傳輸功能，有利于實現(xiàn)測試單元與控制單元之間的快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸。
在本發(fā)明中，所述控制單元配置為通過采用Visual Basic語言編程進行控制，并使所述顯示單元通過excel表格的形式對壓電性能數(shù)據(jù)進行記錄，且所述控制單元還配置為通過調(diào)用所述可程控測試單元的專用控制儀器編程語言經(jīng)由所述傳輸單元對所述可程控測試單元進行控制。
采用本發(fā)明，有利于實現(xiàn)控制單元對可程控測試單元的控制，且基于excel強大的表格處理功能，用Visual Basic編程來實現(xiàn)軟件的可視性和可操作性。
在本發(fā)明中，所述控制單元還配置為通過excel的統(tǒng)計功能對記錄于所述顯示單元的所述壓電性能數(shù)據(jù)進行自動編號、自動統(tǒng)計分析。
采用本發(fā)明，有利于測試人員對所記錄的測試結(jié)果的讀取、使用，并可對測試結(jié)果中的各項數(shù)據(jù)自動進行統(tǒng)計分析，避免了大量的人工統(tǒng)計工作，提高了工作效率。
在本發(fā)明中，所述待測壓電材料通過測試夾具與所述各可程控測試單元相連。
采用本發(fā)明，有利于待測壓電材料與測試單元之間建立可靠的連接，也便于更換待測壓電材料，使整個測試過程更簡單。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種壓電材料性能自動測試方法，包括提供控制單元以及與待測壓電材料相連的多個可程控測試單元；將所述控制單元與所述多個可程控測試單元通過傳輸單元相連；控制所述控制單元以通過所述傳輸單元向所述各可程控測試單元發(fā)送指令，對所述待測壓電材料的壓電性能進行自動測試；所述各可程控測試單元將測試得到的直接壓電性能數(shù)據(jù)通過所述傳輸單元反饋至所述控制單元；所述控制單元將接收到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示單元并進行記錄；所述直接壓電性能數(shù)據(jù)為包括諧振頻率、諧振阻抗、反諧振頻率、反諧振阻抗、電導(dǎo)、電抗、容抗、靜態(tài)電容和介電損耗在內(nèi)的直接壓電性能數(shù)據(jù)。
采用本方法，可以對壓電元器件的各項直接壓電性能進行自動測試，與傳統(tǒng)的測試方法相比，該方法操作簡單、快捷、方便、易于保存，自動化程度高，可以大大降低勞動力成本、提高測試效率，還可避免人工測試的誤操作或數(shù)據(jù)記錄的筆誤。
該方法還包括控制所述控制單元以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的壓電性能參數(shù)公式從測試得到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)計算出所述待測壓電材料的間接壓電性能數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述顯示單元，所述間接壓電性能數(shù)據(jù)為包括帶寬、介電常數(shù)、機械品質(zhì)因子和機電耦合系數(shù)在內(nèi)的間接壓電性能數(shù)據(jù)。
采用本方法，可對待測壓電材料的間接參數(shù)指標(biāo)進行自動測試，減少了人工計算間接參數(shù)指標(biāo)的環(huán)節(jié)，不但簡化了測試工序，還減少了人工計算容易發(fā)生錯誤的風(fēng)險，提高了測試效率。
該方法還包括控制所述控制單元以對各所述直接或間接壓電性能數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定參考數(shù)據(jù)范圍，判斷測試得到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)或計算出的所述間接壓電性能數(shù)據(jù)是否在預(yù)先設(shè)定的所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，將屬于所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所述直接或間接壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至所述顯示單元進行記錄，對不屬于所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所述直接或間接壓電性能數(shù)據(jù)，所述控制單元向所述顯示單元發(fā)送更換待測壓電材料的提示指令。
采用本方法，還可在測試過程中根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)范圍，對待測壓電材料自動進行合格判斷，將不合格品剔除，對合格品的各指標(biāo)參數(shù)進行記錄。與傳統(tǒng)方法相比，節(jié)省了在人工計算間接參數(shù)指標(biāo)后再進行人工判斷合格的過程，簡化了測試過程，并節(jié)省了測試時間。
該方法還包括使所述可程控測試單元為內(nèi)置GPIB接口的測試裝置，且所述傳輸單元包括USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置、連接在所述USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置的一端與所述控制單元之間的USB電纜、以及連接在所述USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置的另一端與所述各可程控測試單元之間的GPIB電纜。
采用本方法，利用USB/GPIB接口的數(shù)據(jù)傳輸功能，有利于實現(xiàn)測試單元與控制單元之間的快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸。
該方法還包括所述控制單元通過采用Visual Basic語言編程進行控制，并使所述顯示單元通過excel表格的形式對壓電性能數(shù)據(jù)進行記錄，且所述控制單元通過調(diào)用所述可程控測試單元的專用控制儀器編程語言經(jīng)由所述傳輸單元對所述可程控測試單元進行控制。
采用本方法，有利于實現(xiàn)控制單元對可程控測試單元的控制，且基于excel強大的表格處理功能，用Visual Basic編程來實現(xiàn)軟件的可視性和可操作性。
該方法還包括控制所述控制單元以通過excel的統(tǒng)計功能對記錄于所述顯示單元的所述壓電性能數(shù)據(jù)進行自動編號、自動統(tǒng)計分析。
采用本方法，有利于測試人員對所記錄的測試結(jié)果的讀取、使用，并可對測試結(jié)果中的各項數(shù)據(jù)自動進行統(tǒng)計分析，避免了大量的人工統(tǒng)計工作，提高了工作效率。
該方法還包括將所述待測壓電材料通過測試夾具與所述各可程控測試單元相連。
采用本方法，有利于待測壓電材料與測試單元之間建立可靠的連接，也便于更換待測壓電材料，使整個測試過程更簡單。
在本方法中，所述待測壓電材料可以是圓片型壓電材料。
其中，所述待測壓電材料的帶寬Δ f通過以下公式計算Δ f = fa — fr，其中fa 為反諧振頻率，fr為諧振頻率。
所述圓片型壓電材料的介電常數(shù)ε通過以下公式計算
權(quán)利要求
1.一種壓電材料性能自動測試系統(tǒng)，其特征在于，包括控制單元、與待測壓電材料相連的多個可程控測試單元、以及連接在所述控制單元與所述多個可程控測試單元之間的傳輸單元，所述各可程控測試單元通過所述傳輸單元接收來自所述控制單元的指令以對所述待測壓電材料的壓電性能進行自動測試，并將測試得到的直接壓電性能數(shù)據(jù)通過所述傳輸單元反饋至所述控制單元，所述控制單元將接收到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示單元并進行記錄，所述直接壓電性能數(shù)據(jù)為包括諧振頻率、諧振阻抗、反諧振頻率、反諧振阻抗、 電導(dǎo)、電抗、容抗、靜態(tài)電容和介電損耗在內(nèi)的直接壓電性能數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電材料性能自動測試系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元配置為根據(jù)預(yù)先設(shè)定的壓電性能參數(shù)公式從測試得到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)計算出所述待測壓電材料的間接壓電性能數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述顯示單元，所述間接壓電性能數(shù)據(jù)為包括帶寬、介電常數(shù)、機械品質(zhì)因子和機電耦合系數(shù)在內(nèi)的間接壓電性能數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電材料性能自動測試系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元配置為對各所述壓電性能數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定參考數(shù)據(jù)范圍，判斷獲得的各壓電性能數(shù)據(jù)是否在預(yù)先設(shè)定的所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，將屬于所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所述壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至所述顯示單元進行記錄，對不屬于所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所述壓電性能數(shù)據(jù)，所述控制單元向所述顯示單元發(fā)送更換待測壓電材料的提示指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電材料性能自動測試系統(tǒng)，其特征在于，所述可程控測試單元為內(nèi)置GPIB接口的測試裝置，且所述傳輸單元包括USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置、連接在所述USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置的一端與所述控制單元之間的USB電纜、以及連接在所述USB/ GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置的另一端與所述各可程控測試單元之間的GPIB電纜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電材料性能自動測試系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元配置為通過采用Visual Basic語言編程進行控制，并使所述顯示單元通過excel表格的形式對壓電性能數(shù)據(jù)進行記錄，且所述控制單元還配置為通過調(diào)用所述可程控測試單元的專用控制儀器編程語言經(jīng)由所述傳輸單元對所述可程控測試單元進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電材料性能自動測試系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還配置為通過excel的統(tǒng)計功能對記錄于所述顯示單元的所述壓電性能數(shù)據(jù)進行自動編號、 自動統(tǒng)計分析。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電材料性能自動測試系統(tǒng)，其特征在于，所述待測壓電材料通過測試夾具與所述各可程控測試單元相連。
8.一種壓電材料性能自動測試方法，其特征在于，包括提供控制單元以及與待測壓電材料相連的多個可程控測試單元；將所述控制單元與所述多個可程控測試單元通過傳輸單元相連；控制所述控制單元以通過所述傳輸單元向所述各可程控測試單元發(fā)送指令，對所述待測壓電材料的壓電性能進行自動測試；所述各可程控測試單元將測試得到的直接壓電性能數(shù)據(jù)通過所述傳輸單元反饋至所述控制單元；所述控制單元將接收到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示單元并進行記錄；所述直接壓電性能數(shù)據(jù)為包括諧振頻率、諧振阻抗、反諧振頻率、反諧振阻抗、電導(dǎo)、電抗、容抗、靜態(tài)電容和介電損耗在內(nèi)的直接壓電性能數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電材料性能自動測試方法，其特征在于，控制所述控制單元以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的壓電性能參數(shù)公式從測試得到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)計算出所述待測壓電材料的間接壓電性能數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述顯示單元，所述間接壓電性能數(shù)據(jù)為包括帶寬、介電常數(shù)、機械品質(zhì)因子和機電耦合系數(shù)在內(nèi)的間接壓電性能數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的壓電材料性能自動測試方法，其特征在于，控制所述控制單元以對各壓電性能數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定參考數(shù)據(jù)范圍，判斷獲得的各壓電性能數(shù)據(jù)是否在預(yù)先設(shè)定的所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，將屬于所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所述壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至所述顯示單元進行記錄，對不屬于所述參考數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所述壓電性能數(shù)據(jù)，所述控制單元向所述顯示單元發(fā)送更換待測壓電材料的提示指令。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電材料性能自動測試方法，其特征在于，使所述可程控測試單元為內(nèi)置GPIB接口的測試裝置，且所述傳輸單元包括USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置、連接在所述USB/GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置的一端與所述控制單元之間的USB電纜、以及連接在所述USB/ GPIB接口轉(zhuǎn)換裝置的另一端與所述各可程控測試單元之間的GPIB電纜。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電材料性能自動測試方法，其特征在于，所述控制單元通過采用Visual Basic語言編程進行控制，并使所述顯示單元通過excel表格的形式對壓電性能數(shù)據(jù)進行記錄，且所述控制單元通過調(diào)用所述可程控測試單元的專用控制儀器編程語言經(jīng)由所述傳輸單元對所述可程控測試單元進行控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓電材料性能自動測試方法，其特征在于，控制所述控制單元以通過excel的統(tǒng)計功能對記錄于所述顯示單元的所述壓電性能數(shù)據(jù)進行自動編號、 自動統(tǒng)計分析。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電材料性能自動測試方法，其特征在于，將所述待測壓電材料通過測試夾具與所述各可程控測試單元相連。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電材料性能自動測試方法，其特征在于，所述待測壓電材料包括圓片型壓電材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電材料性能自動測試系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括控制單元、與待測壓電材料相連的多個可程控測試單元、以及連接在控制單元與多個可程控測試單元之間的傳輸單元，所述各可程控測試單元通過所述傳輸單元接收來自所述控制單元的指令以對所述待測壓電材料的壓電性能進行自動測試，并將測試得到的直接壓電性能數(shù)據(jù)通過所述傳輸單元反饋至所述控制單元，所述控制單元將接收到的所述直接壓電性能數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示單元并進行記錄，所述直接壓電性能數(shù)據(jù)為包括諧振頻率、諧振阻抗、反諧振頻率、反諧振阻抗、電導(dǎo)、電抗、容抗、靜態(tài)電容和介電損耗在內(nèi)的直接壓電性能數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)和方法可對壓電元器件的性能進行自動測試。
文檔編號G01R29/22GK102495299SQ20111036321
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者范曉榮, 董顯林 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所