CN101140158A - 电致伸缩材料特性的电容法测试装置 - Google Patents

电致伸缩材料特性的电容法测试装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101140158A
CN101140158A CNA2007101338903A CN200710133890A CN101140158A CN 101140158 A CN101140158 A CN 101140158A CN A2007101338903 A CNA2007101338903 A CN A2007101338903A CN 200710133890 A CN200710133890 A CN 200710133890A CN 101140158 A CN101140158 A CN 101140158A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
capacitance
electrostriction
electric capacity
pedestal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007101338903A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100453964C (zh
Inventor
李建清
吴剑锋
林保平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CNB2007101338903A priority Critical patent/CN100453964C/zh
Publication of CN101140158A publication Critical patent/CN101140158A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100453964C publication Critical patent/CN100453964C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

电致伸缩材料特性的电容法测试装置，涉及电致伸缩材料微应变、微驱动力测试装置，尤其涉及一种电致伸缩材料特性的电容法测试装置。本发明包括基座和支撑架，支撑架设在基座上，其特征在于在支撑架上设有定励磁线圈，在定励磁线圈的端面上设有电容定极板，在基座上设有可调高压源，可调高压源的两端分别连接有负、正极板，该二极板间用于放置待测电致伸缩材料，其中的一块极板与三维微位移台相接触，在与其中的另一块极板连接的支撑件上设有动励磁线圈，在动励磁线圈的端面上设有电容动极板，上述电容定极板与电容动极板相面对。本发明实现了结构简单、测试过程便于操作的目的。

Description

电致伸缩材料特性的电容法测试装置
技术领域：
本发明涉及电致伸缩材料微应变、微驱动力测试装置，尤其涉及一种电致伸缩材料特性的电容法测试装置。
背景技术
线位移或应变测试应用中非光学方法按原理分有划线电阻法(10-2-20mm)、应变电阻法(10-4-102mm)、电容法(10-4-10mm)、感应同步法(10-3-102mm)、差动电感法(10-4-10-1mm)等，其有不同测量速度、范围和精度，如划线电阻法为保证电阻的可靠接触仅适合于低速场合，差动电感法具有较高测量精度但测量范围有限，应变电阻法需要被测对象有较大的驱动能力。
电致伸缩材料需要同时有微形变和一定的驱动力，而传统测试只能测试自由态电致伸缩材料的电致伸缩系数，对于在受力负载情况下的电致伸缩系数及其驱动力的研究甚少，所以有必要对电致伸缩材料的驱动力性能进一步展开研究。驱动力性能研究中很重要的一环就是微力测量，微力测量通常采用MEMS器件来完成，也有采用光纤传感器、天平等方法来完成。
电容法和差动变压器法将微形变测量转化为电量测量，都需要与被测表面接触属接触法测量。电容法具有响应速度快、灵敏度高、抗噪声能力强等优点，同时还具有较大的测量范围和较高测量精度适合于电致伸缩材料微应变测量，为材料电致伸缩特性测试提供了可靠的途径。
电容式传感器是传感器中非常重要的一类，其将被测非电量的变化转换为电容量变化，通过检测电容量的变化来获得被测量变化，具有结构简单、高分辨力、可非接触测量、成本低、响应速度快、灵敏度高、抗噪声能力强等优点，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，广泛应用于压力、湿度、固体水分含量、触觉、信息融合成像、微位移、物位、加速度等传感量的检测。微力测量时可将微力产生的微位移转化为微电容变化，从而通过测量微电容来测量微力。
发明内容
本发明的目的是提出一种结构简单、测试过程便于操作的一种电致伸缩材料特性的电容法测试装置，通过该装置能直接测量出被测电致伸缩材料的微应变特性、微驱动力特性。
本发明采用如下技术方案：
包括基座1和支撑架12，支撑架12设在基座1上，其特征在于在支撑架12上设有定励磁线圈9，在定磁线圈9的端面上设有电容定极板10，在基座1上设有可调高压源3，可调高压源3的两端分别连接有负、正极板4、5，该二极板5、6间用于放置待测电致伸缩材料，其中的一块极板与三维微位移台2相接触，在与其中的另一块极板连接的支撑件7上设有动励磁线圈8，在动励磁线圈8的端面上设有电容动极板11，上述电容定极板10与电容动极板11相面对。
本发明提出了电容法电致伸缩材料特性测试装置，该装置通过电容法检测电致伸缩材料在高电场强度下的产生微小应变导致的微位移，通过电磁线圈加载电磁力或产生平衡驱动力。微电容检测采用了开关型微弱电容检测电路，该电路成本低，同时还可消除较被测电容大很多的对地寄生电容对测量结果的影响。
电容法电致伸缩特性测试装置总体包括可调高压电源、固定基座、三维微位移台、高压正负极板、被测对象薄膜、励磁线圈组、微位移传感电容及其测试控制电路。系统工作时，高压电源将强电场加载在待测薄膜上，薄膜产生应变，微位移传感电容测量出对应的微位移；在进行材料受力负载情况下地电致伸缩系数研究时通过驱动线圈产生力负载；研究材料驱动力时，用驱动线圈抵消强电场产生的微位移或产生等效微位移间接测量材料的驱动力，将电致伸缩材料作为弹性体时微位移传感电容同时可以作为力传感器使用。
整个测试装置置于一个抗振平台上以消除振动对测试结果的影响。装置中包括了一个三维微位移台以方便测试中的传感电容微调，同时该微位移台也适用于微电容及微位移的校准和标定。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明机械结构简单易行；
2.采用的微位移开关型微弱电容检测电路，该电路成本低，同时还可消除较被测电容大很多的对地寄生电容对测量结果的影响；
3.采用测试原理可以测量电致伸缩材料在一定压力下电场-电致伸缩应变曲线，等效驱动力特性和平衡驱动力特性。
附图说明：
图1是本发明总体结构示意图，图1A是本发明的一种具体实施例，图1B是本发明的另一种具体实施例，1-固定基座，2-三维微位移台，3-可调高压源，4-负极板，5-正极板，6-电致伸缩薄膜，7-支撑件，8-动励磁线圈，9-定励磁线圈，10-电容动极板，11-电容定极板，12-支撑杆。
图2是本发明的测试结果图，当测量范围很大时位移和微电容法检测电压输出不是线性关系，但对于很小的微位移(几十微米范围内)可以认为和微电容间存在线性关系。
图3为微电容测量电磁力结果，利用电容法测量聚氨酯在电磁力作用下产生的弹性形变，通过测量微电容变化可得到加载在聚氨酯弹性体上的磁力，系统中采用了直流线圈来产生电磁力，图示横坐标为定线圈两端所加载的电压。
图4为不同纳米钛酸钡含量的聚氨酯弹性体随电场强度发生的电致伸缩应变曲线。
图5一定纳米钛酸钡含量的聚氨酯弹性体在外加电场作用下电致伸缩应变与时间的变化关系。
具体实施方式
一种电致伸缩材料特性的电容法测试装置，包括：基座1和支撑杆12，支撑杆12设在基座1上，其特征在于在支撑杆12上设有定励磁线圈9，在定励磁线圈9的端面上设有电容定极板10，在基座1上设有可调高压源3，可调高压源3的两端分别连接有负、正二极板4、5，该负、正二极板4、5间用于放置待测电致伸缩材料6，其中负极板与三维微位移台2相接触，在与正极板相连的支撑件7上设有动励磁线圈8，在动励磁线圈8的端面上设有电容动极板10，上述电容定极板11与电容动极板10相面对。
上述高压电源输出范围0～10kV，上述电容定极板10与电容动极板11所形成的电容的测试精度300mV/pF，电容测试范围0～10pF，电容法检测微位移/微应变，位移测试精度1.9mV/μm，
图1A及图1B分别反映了上述技术方案的两种形式。
系统工作时，高压电源将强电场加载在待测薄膜上，薄膜产生应变，微位移传感电容测量出对应的微位移；在进行材料受力负载情况下地电致伸缩系数研究时通过驱动线圈产生力负载；研究材料驱动力时，用驱动线圈抵消强电场产生的微位移或产生等效微位移间接测量材料的驱动力，将电致伸缩材料作为弹性体时微位移传感电容同时可以作为力传感器使用。
整个测试装置置于一个抗振平台上以消除振动对测试结果的影响。装置中包括了一个三维微位移台以方便测试中的传感电容微调，同时该微位移台也适用于微电容及微位移的校准和标定。
利用本发明可以进行电致伸缩材料的电场-电致伸缩应变曲线、在不同压力下的电场-电致伸缩应变曲线、在不同电场作用下的平衡驱动力及在不同电场作用下的等效驱动力等性能的测试。
1)通过高压极板给被测电致伸缩薄膜加载系列高压，电压范围为0～10kV，薄膜发生系列对应应变位移，微电容测试电路检测出该系列对应微位移从而获得该电致伸缩材料的电场-电致伸缩应变曲线。
2)通过电磁线圈给薄膜加载压力，通过高压极板给被测电致伸缩薄膜加载系列高压，电压范围为0～10kV，薄膜发生系列对应应变位移，微电容测试电路检测出该系列对应微位移从而获得该电致伸缩材料在不同压力下的电场-电致伸缩应变曲线。
3)通过高压极板给被测电致伸缩薄膜加载系列高压，电压范围为0～10kV，通过电磁线圈给薄膜加载平衡力而保持薄膜应变为零，从而获得该电致伸缩材料在不同电场作用下的平衡驱动力。
4)通过高压极板给被测电致伸缩薄膜加载系列高压，电压范围为0～10kV，薄膜发生系列对应应变位移，再通过电磁线圈给薄膜加载压力使薄膜产生等同位移，从而获得该该电致伸缩材料在不同电场作用下的等效驱动力。
使用该装置检测电致伸缩材料特性步骤如下：
(1)将被测电致伸缩薄膜剪切成30mm×30mm大小夹持在正负高压极板中，通过调三维微位移台调整电容传感器的初始位置，使电容测量输出值为零。
(2)调节高压极板上电压使被测电致伸缩薄膜发生对应应变，通过电容测量电路测得电场-电致伸缩应变曲线。
(3)调节高压极板上电压使被测电致伸缩薄膜发生对应应变，通过驱动线圈对被测电致伸缩薄膜加载压力(加载或等效应变)或拉力(抵消应变)，从而通过电容测量电路测得材料的一定压力下电场-电致伸缩应变曲线，等效驱动力特性和平衡驱动力特性。

Claims (2)

1.一种电致伸缩材料特性的电容法测试装置，包括基座(1)和支撑架(12)，支撑架(12)设在基座(1)上，其特征在于在支撑架(12)上设有定励磁线圈(9)，在定磁线圈(9)的端面上设有电容定极板(10)，在基座(1)上设有可调高压源(3)，可调高压源(3)的两端分别连接有负、正极板(4、5)，该二极板(5、6)间用于放置待测电致伸缩材料，其中的一块极板与三维微位移台(2)相接触，在与其中的另一块极板连接的支撑件(7)上设有动励磁线圈(8)，在动励磁线圈(8)的端面上设有电容动极板(11)，上述电容定极板(10)与电容动极板(11)相面对。
2.根据权利要求1所述的电致伸缩材料特性的电容法测试装置，其特征在于在所述的基座(1)与所述的其中的一块极板之间设有三维微位移台(2)。
CNB2007101338903A 2007-10-12 2007-10-12 电致伸缩材料特性的电容法测试装置 Expired - Fee Related CN100453964C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007101338903A CN100453964C (zh) 2007-10-12 2007-10-12 电致伸缩材料特性的电容法测试装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007101338903A CN100453964C (zh) 2007-10-12 2007-10-12 电致伸缩材料特性的电容法测试装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101140158A true CN101140158A (zh) 2008-03-12
CN100453964C CN100453964C (zh) 2009-01-21

Family

ID=39192207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007101338903A Expired - Fee Related CN100453964C (zh) 2007-10-12 2007-10-12 电致伸缩材料特性的电容法测试装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100453964C (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102707248A (zh) * 2012-05-30 2012-10-03 安泰科技股份有限公司 一种双通道电容法测量磁致伸缩的装置及其方法
WO2014019444A1 (zh) * 2012-07-30 2014-02-06 北京联想软件有限公司 一种电场强度的调节方法及系统
CN103677068A (zh) * 2012-09-17 2014-03-26 联想(北京)有限公司 一种电场强度的调节方法及系统
CN104237461A (zh) * 2014-07-31 2014-12-24 北京科技大学 一种充气预形变的电机械性能测试装置及测试方法
CN104849138A (zh) * 2015-03-23 2015-08-19 同济大学 一种测量薄膜压缩模量的装置
CN109781533A (zh) * 2019-03-19 2019-05-21 青岛大学 各向异性膜电致变形性能评价装置及评价方法
CN115342965A (zh) * 2022-09-21 2022-11-15 内蒙古工业大学 一种电容式气体压力传感器结构

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002057711A1 (fr) * 2001-01-10 2002-07-25 Societe De Technologie Michelin Procede et dispositif d'evaluation de deformations et d'efforts
JP4885714B2 (ja) * 2004-04-27 2012-02-29 日本碍子株式会社 弾性体の検査方法、検査装置、及び寸法予測プログラム
CN100521274C (zh) * 2004-04-27 2009-07-29 日本碍子株式会社 弹性体的检查方法、检查装置以及尺寸预测程序
CN100470230C (zh) * 2005-05-31 2009-03-18 清华大学 悬浮式低维材料静动态微力拉伸实验机
CN201081720Y (zh) * 2007-10-26 2008-07-02 东南大学 电致伸缩材料驱动力特性的电容法测试装置

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102707248A (zh) * 2012-05-30 2012-10-03 安泰科技股份有限公司 一种双通道电容法测量磁致伸缩的装置及其方法
WO2014019444A1 (zh) * 2012-07-30 2014-02-06 北京联想软件有限公司 一种电场强度的调节方法及系统
US9494630B2 (en) 2012-07-30 2016-11-15 Beijing Lenovo Software Ltd. Method and system for adjusting electric field intensity
CN103677068A (zh) * 2012-09-17 2014-03-26 联想(北京)有限公司 一种电场强度的调节方法及系统
CN103677068B (zh) * 2012-09-17 2015-12-16 联想(北京)有限公司 一种电场强度的调节方法及系统
CN104237461A (zh) * 2014-07-31 2014-12-24 北京科技大学 一种充气预形变的电机械性能测试装置及测试方法
CN104237461B (zh) * 2014-07-31 2016-08-17 北京科技大学 一种充气预形变的电机械性能测试装置及测试方法
CN104849138A (zh) * 2015-03-23 2015-08-19 同济大学 一种测量薄膜压缩模量的装置
CN104849138B (zh) * 2015-03-23 2018-10-26 同济大学 一种测量薄膜压缩模量的装置
CN109781533A (zh) * 2019-03-19 2019-05-21 青岛大学 各向异性膜电致变形性能评价装置及评价方法
CN115342965A (zh) * 2022-09-21 2022-11-15 内蒙古工业大学 一种电容式气体压力传感器结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN100453964C (zh) 2009-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100453964C (zh) 电致伸缩材料特性的电容法测试装置
EP1909060B1 (en) Micro surface shape measuring probe
CN105823907B (zh) 平行板电容型mems加速度计内建自测试电路及自测试方法
CN109163012B (zh) 一种单自由度磁液双悬浮轴承控制系统及其控制方法
JP5432129B2 (ja) 多孔質誘電体ダイアフラムを有する静電圧力センサ
CN100507483C (zh) 压电薄膜悬臂梁式微力传感器的微力加载装置
CN105423885A (zh) 内置应变片式压电陶瓷的位移检测装置及检测方法
CN101710006B (zh) 一种三维微力测量装置
CN102353576A (zh) 小型化力学和电学耦合特性测试装置
US7543519B2 (en) Device for high-precision generation and measurement of forces and displacements
CN201081720Y (zh) 电致伸缩材料驱动力特性的电容法测试装置
CN110441551B (zh) 一种基于石英圆环谐振器的原子力探针式传感器
CN201514297U (zh) 一种摩擦力动态过程测试装置
CN108120578B (zh) 一种可对mems微结构加载冲击载荷的三轴式激励装置
CN108217587B (zh) 用于mems微结构动态特性测试的四轴式底座激励装置
CN108168816B (zh) 一种可动态驱动mems微结构的三轴式激励装置
CN204240971U (zh) 一种简单有效的引伸计固定装置
CN107894315B (zh) 一种可对mems微结构加载冲击载荷的四轴式激励装置
CN108225702B (zh) 一种用于mems微结构动态特性测试的三轴式压电陶瓷激励装置
CN103033553A (zh) 电容式结构材料机械性能退化检测方法
Sommer-Larsen et al. Actuators and sensors from dielectric elastomer with smart compliant electrodes
CN108168817B (zh) 一种基于底座激励方法的mems微结构三轴式激振装置
RU2427811C1 (ru) Устройство для измерения давления или силы
Żyłka et al. Applicability of MEMS cantilever micro-dilatometer for direct transverse strain monitoring in electroactive polymers
CN108039405B (zh) 一种压电元件、压电传感器和速度及位移检测装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090121

Termination date: 20111012