CN101299033B - 音频内耗自动化测量系统 - Google Patents

Abstract

音频内耗自动化测量系统，包括机械夹具、音频内耗仪、频率综合仪和计算机；机械夹具设在密闭容器内，在机械夹具上与被测品夹持位置对应设有激励电极、接收电极；激励电极、接收电极与被测品构成电容a和b，被测品接地良好；频率综合仪的激励信号输出到音频内耗仪；音频内耗仪的激励头连接激励电极；音频内耗仪的拾振头连接接收电极，接收到的振幅电信号输出到计算机；计算机控制音频内耗仪的激励信号输出。测量方法是安装样品，先调节激励信号的频率，然后扫描，检测相应的振动振幅；在被测品共振达到最大振幅时短路掉激励信号，同时开始同步采集衰减数据，算出当前内耗值；如所述步骤循环进行测量，最终得到所需的随温度变化的复杨式模量谱。

Description

音频内耗自动化测量系统

技术领域

本发明属于物理量测量领域，主要涉及固体材料的音频范围复杨氏模量(复杨氏模量的虚部传统上称为内耗，下文基本用内耗这种说法代替复杨氏模量)的测量，具体是一套完善的自动化测量样品音频范围内耗谱的整合装置，以及该装置的测量方法。

背景技术

物理学上，普遍使用力学谱来研究固体材料的相变和微观单元如点缺陷、位错、晶界、畴界的弛豫行为。所谓力学谱，也就是指复模量对于温度和频率的变化关系。这里的复模量一般包括复剪切模量和复杨氏模量。对于复剪切模量，通常使用低频扭摆实验方法来测量，频率范围一般在0.01-10赫兹；对于复杨氏模量，通常使用音频单端或双端簧振动实验方法，采用不同节点数的振动模式来测量，音频频率范围在0.1-20千赫。还有就是兆赫频率的超声衰减和声速实验方法。本发明涉及的是音频范围复杨氏模量的测量。对于音频范围复杨氏模量的测量(一般又称其为音频内耗的测量)，通常采用两节点(节点即为振动中振幅恒为0的点)的振动模式作为测量状态，如附图4。对于两节点模式可由振动方程理论算得两节点分别到对应近端的距离约是0.224乘以试样的长度。设复杨氏模量 $Y_s^{*}=Y_s^{\′}+i{Y}_s^{\′\′},$ 由理论可推导得：

$Y_s^{*}=A\·{\mathrm{\ω}}_1^2(1+i{Q}_s^{-1})$

上式中的ω₁即是样品的共振频率，Q_s ^-1即为内耗值，A为和样品尺寸密度相关计算得出的常量，对确定的样品其值在变温过程中可视为不变(该值具体计算可参阅内耗文献，这里不再冗述)。由此可见，测量复杨氏模量随温度变化的力学谱，即是测量共振频率值和内耗值随温度变化的情况。所谓材料的内耗，就是指一个处于振动状态的物体，即使置于真空之中，也会因其振动能逐渐转换为热能而使振动状态逐渐衰减的现象。对于材料在某个温度下内耗值的测量，一般采用自由衰减法。振片处于真空中(排除空气阻力的影响)，当振片一端的策动力去除后，振片的振动就开始自由衰减，见附图5。

衰减满足：A(t)＝A₀exp(-f₀tδ)，A(t)代表振幅随时间的变化，δ为衰减过程中不随时间变化的常量。

并且有： $Q_s^{-1}\≡\frac{\mathrm{\ΔW}}{2\mathrm{\π}{W}_{\max }}=\mathrm{\δ}/\mathrm{\π},$ ΔW为相邻振动能量的衰减值，W_max为初始最大振动能量。

由上面的式子可以很明显看出，只要记录下自由衰减过程中振幅随时间的变化数据，就可以计算出内耗的大小。

总之，如果要实现音频内耗的自动化测量，关键在于要设计出合理的机械振动夹具和测量电路，让该电路能在计算机程序的控制下完成自动化的测量过程。在本系统发明前，国内还没有成熟可推广的音频内耗自动化测量系统。

发明内容

本发明的目的就是提供一套操作简单、整合度高、稳定性高的固体音频内耗自动化测量系统。运用该测量系统可自动测量记录固体样品随温度变化的内耗值(也可以同时记录共振频率，其对应于杨式模量的实部)。

为了实现自动化测量音频内耗的目的，本发明提出了一种音频内耗自动化测量系统，具体技术方案如下：

一种音频内耗自动化测量系统，包括机械夹具、音频内耗仪、频率综合仪和计算机；

机械夹具设在密闭容器内，在机械夹具上，与被测品夹持位置对应设有激励电极和接收电极；所述激励电极与被测品构成电容a，被测品通过在该电容a两极所成电场内受力产生振动；所述接收电极与被测品之间构成电容b，该电容b两极间距因被测品振幅的变化而变化，该变化产生振幅电信号；所述被测品接地良好；

频率综合仪的激励信号输出到音频内耗仪的信号输入端；该信号经音频内耗仪处理，通过音频内耗仪的激励头输出；激励头连接激励电极；音频内耗仪的拾振头连接接收电极，接收到的振幅电信号经处理后经A/D转换后输出到计算机的输入端；

计算机的控制信号输出端通过D/A转换连接所述音频内耗仪的激励信号控制端。

所述机械夹具采用两根双股的金属细丝对节点进行夹持；两根双股的金属细丝平行设在节点对应位置，用以夹持被测品。在两节点对应位置分别设有两对平行的支持柱1、2和支持柱3、4，支持柱1、2、3、4内设有打通的管道，所述金属细丝依次穿过支持柱1、2、3、4内的管道；所述金属细丝的头尾两端由弹簧钩住；所述的支持柱1、2和/或支持柱3、4设在滑轨上，使支持柱1、2与支持柱3、4的间距可调；所述激励头上的电极和拾振头的电极设在可以自由调节的底座上。所述金属细丝是一定温度下形态稳定的金属细丝。选用的金属细丝在保证合适强度和韧性的前提下越细越好，以便减少对样品振动的影响，例如该金属细丝选用镍铬细丝或不锈钢细丝，以及未来可能出现的其它材料。

所述密闭容器内设有加热装置、感温装置；在容器上设有细管，该细管的长度和管径可以根据实际需要改变。例如细管的管径取15毫米，细管的长度取60厘米；所述加热装置连接有控温装置；所述机械夹具、加热装置和感温装置与外部电路的连接线缆设在所述细管内；所述密闭容器还通过所述细管连接真空机组。

所述音频内耗仪包括信号激励信号处理电路和振幅电信号处理电路：

所述激励信号处理电路包括音频功率放大器、直流稳压电源、受控短路激励电路；音频功率放大器把接收到的频率综合仪的激励信号放大后，再经直流稳压电源叠加直流电压后输出到激励头；受控短路激励电路的控制端接收计算机的控制信号，受控短路激励电路的输出端连接直流稳压电源的输出端；

所述振幅电信号处理电路包括基极电流耦合电路、选频放大电路、精密线型检波器件；所述振幅电信号经拾振头输出到基极电流耦合电路，再经选频放大电路滤波，放大有效信号得到的信号输出到精密线型检波器件，信号被检出最大振幅的直流电压信号输出经A/D转换后输出到计算机的输入端；

所述激励信号处理电路中，在音频功率放大器和直流稳压电源之间还连接激励电压表；

所述接收信号处理电路的经选频放大电路放大的信号还有一路输出到示波器的输入端；

所述音频内耗仪还包括温度信号处理电路，该电路包括直流mV放大电路，直流mV放大电路的输入端连接所述感温装置，直流mV放大电路把感温装置(例如温差热电偶)输入信号放大后，输出测温电压信号，该测温电压信号经A/D转换后输出到计算机的输入端。

所述直流稳压电源叠加的直流电压范围是200伏至300伏，一般采用200V即可。

所述系统的测量方法，步骤是，安装调试好样品后，先手动调节激励信号的频率，并观察振幅变化以确定样品的共振频率值(该频率只是粗略值，精度要求不高)。然后即可由程序控制在以该共振频率为中心并且宽度为几个Hz或十几个Hz的频率范围内以合适频率跨度来改变频率进行扫描，检测相应的振动振幅，经过处理得到振幅极大值时对应的精确共振频率(误差一般小于±0.1Hz)；共振频率确定后，则在被测品共振达到最大振幅时短路掉激励信号，此时被测品的振动开始自由衰减，同时开始同步采集衰减数据，算出当前内耗值；计算内耗值的大概原理是：计算机采集的是几千个衰减过程中的幅度值，对这些幅度值取对数然后进行直线拟合，拟合出的直线斜率值再根据自由衰减的公式处理即得内耗值。

如上述步骤循环进行测量，最终得到所需的随温度变化的复杨式模量谱。

由于现有技术中频率综合仪输出频率多为可计算机编程控制的，所以可以参照频率综合仪的说明书编写频率综合仪输出频率控制程序，以及确定计算机和频率综合仪之间连接方法。

本系统设计原理以及有益效果如下：

A)系统的机械夹具部分。

本系统测量内耗采用的是双端音频簧振动法，本系统做了特别改进。双端音频簧振动法一般是采用两节点的振动模式进行测量，现有技术中采用机械的刀口作为节点的支撑点，这种节点固定方式稳定性差，可靠性不高，难于应用在自动化测量当中。本系统改用镍铬细丝或不锈钢细丝对节点进行夹持。选用的金属细丝在保证合适强度和韧性的前提下越细越好，以便减少夹持过程中对样品振动的影响。该夹持方法非常有效，在稳定固定样品的基础上，大幅度降低可能引入的外耗。在改进夹持方式的同时，本系统把夹持用的镍铬丝以及激励和接收电极都固定在可以自由调节的底座上，这样给节点和激励接收间隙调节带来很大的方便。具体而言，技术效果如下：

(1)设计合理，易于调节，对样品的适应性强。这主要体现在节点位置可以自由调节，激励和接收电极的位置和样品之间的间隙也可以自由调节。在更换不同尺寸的样品后，可以迅速地调节到合适的起振位置，非常方便，而且在变温过程中稳定性好，不会发生位置间距的漂移。

(2)整体结构紧凑，钢性好。整个机械部分设计合理，采用不锈钢进行加工，组装起来后结构稳定性高，长期工作的稳定得到有效保障。

(3)由于用镍铬细丝进行双端夹持，可能引入的外耗很小。

(4)机械部分和外部的电缆连接和真空抽取等都通过用一根细的钢管进行，使整个机械部分很容易降到液氮温区，并且液氮挥发量很小，便于降温。

B)系统的电器部分。

系统电器部分的核心是音频内耗仪，并加上一些第三方的辅助仪器从而细成了测量的电器部分。这一部分，是实现内耗自动化测量的关键。工作过程是：首先利用由第三方提供的频率发生器，发出稳定频率电压的正弦波形，该正弦波信号进入音频内耗仪，经其处理后送到机械夹具的激励电极激发样品振动，同时机械夹具的接收电极的振动信号由音频内耗仪进行采集放大，然后再进行处理，得到需要的有用信号。此外，由于内耗值的测量采用样品自由振动衰减法，所以音频内耗仪必须具备在电脑信号的控制下立即对激励信号进行短路的功能。

为了实现上面的过程，系统具体采用的技术细节如下：

(1)对于样品的激励信号的处理。由音频内耗测量的机械原理可知激励电极与样品(即被测品)构成一个平板电容器，由于间距很小，可把极板间的电场看作是由无穷大带电平板产生的。显然，一个极板在另一个极板产生的电场中受到的力是：

$F=-\frac{{{\mathrm{\σ}}_0}^2}{{2\mathrm{\ϵ}}_0}\mathrm{gS}---\left(1\right)$

式中σ₀为电荷密度，S为电容平板面积，ε₀为真空介电常数。

由于电容量 $C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}S}{d}=\frac{Q}{V},$ 并且Q＝σ₀S，(式中Q为极板电荷、V为极板所加电压，d为电容极板间距)可以导出 ${\mathrm{\σ}}_0=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}V}{d}$ 带入(1)式可得：

$F=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{SV}}^2}{{2d}^2}$

若V＝V₀sinωt(对应于频率为ω的正弦激励信号)，带入上式展开得：

$F\left(t\right)=-\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}S}{{4d}^2}{V}_0^2+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}S}{{4d}^2}{V}_0^2\cos 2\mathrm{\ωt}$

从上式看出，产生的作用力的频率两倍于信号频率，这对测量是很不利的。为了达到一定大小的力就必须加大V₀。而提高音频信号的输出幅度是比较困难的。为了解决这个问题，另外施加一个直流偏压U₀，就可以满意的解决这个问题，此时： $F=-\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}S}{{2d}^2}{(U_0+V_0\sin \mathrm{\ωt})}^2,$ 常常使U₀？V₀，展开后省略高次项可得： $F=-\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}S}{{2d}^2}{U_0}^2-\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}S}{d^2}{U}_0{V}_0\sin \mathrm{\ωtLL}$

这样不仅使得作用信号与信号同频率，且利用了U₀V₀这一项，提高了作用力的大小。当作用力与样品的共振频率相同时，样品就被激励起来了。

(2)在接收端，由于样品的振动，导致了接收电极与样品之间的距离不断发生变化。静电接收的方法花样较多，但是基本原理都是利用接收端电容变化，具体可大致可分为“调频法”，“调幅法”，“直接耦合法”三种。本系统采用的是“基极电流耦合法”，这是改进过的直接耦合法。

基极电流耦合法的电路如附图3，选用高频高反压β值为60左右的小功率管，并且要求其有极小的漏电流。高频小功率管基极静态工作点定为-100V，发射极电流I_e设定在1mA左右，由上述要求可确定发射极电阻R_e为100KΩ。实际应用中要调节基极电阻R_b(一般在10MΩ左右)的阻值使发射极电流调整到1mA。该电路的工作原理是：拾振头通过电缆线与夹具接收电极相连，当样品振动起来后，接收电极与样品(接地)之间的电容发生变化，充放电电流也在变化，通过电流放大后，变成电信号输出，由于电流放大器只能放大信号电流，不能放大噪声电压，故有效的提高了信躁比，使机械信号变成有用的电信号。

音频内耗仪的整体原理图如附图2。由频率综合仪输出可用音频范围正弦波，经过音频功率放大器放大成所需正弦波激励信号，该信号经直流稳压电源叠加直流电压后送往激励端，图中受控短路激励电路可以在一定的D/A输入信号控制下对激励型号实现短路和恢复。接收信号则通过基极电流耦合电路，再经过选频放大电路过滤掉杂波，只放大有效信号，放大后的有效信号也是正弦波信号，该信号分为两路，一路直接送往示波器观察其波形，另一路送往紧密线性检波器件检出其最大振幅，作为直流电压信号输出给计算机进行采集处理。温差热电偶的温差电动势信号经过直流mV放大器放大后送往计算机进行处理。

由上述可见，本系统的音频内耗仪设计合理，整合度高，是该系统成功实现自动化测量的关键部件。

C)音频内耗测量系统的自动化运行。

改进过的机械夹具、整合程度很高的音频力学谱仪，再配以其它设备，如真空系统、测温系统等，在计算机控制下就可以进行材料的音频内耗自动化测量。整个测量装置的整体图如附图1。控温装置可采用把机械夹具浸入液氮中进行降温，也可以在机械夹具外面绕上加热丝并通过专门的控温仪器进行升温控制。机械夹具和外围的所有连线都是穿过一根金属细管来连接，这样可以有效的降低外部导热对夹具的影响。频率综合仪是成熟产品，该仪器可以通过电脑编程控制输出所需要的音频范围正弦波。AD-DA板是采用通用AD芯片，在电脑控制下，可以自动对信号电压进行采集，或者输出+5V的衰减信号、A/D信号和0V恢复信号传给音频内耗仪。仪器的自动化测量，在设计合理完善的硬件基础上，最后的关键是要有成熟可靠的软件进行控制。音频内耗自动化测量软件我们采用VISUAL BASIC语言进行了编译开发。程序可以非常方便的建立温度表，设置初始测量参数，自动化进行测量处理并记录下数据。

附图说明

图1音频内耗测量系统整体装置图

图2音频内耗仪原理图

图3基极电流耦合电路简单示意图

图4两节点振动模式示意图，其中样品的a、b、l的大概长度分别为0.4mm、4mm、40mm。也就是说样品是一个薄而长的簧振动片。

图5样品自由衰减(振幅随时间的变化)示意图

图6表面镀了Ge₂Sb₂Te₅薄膜的单晶硅样品做出的测量图

图7音频内耗自动测量系统程序流程图

图8铬镍细丝夹持试样振片示意图

图9激励信号短路电路原理图

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1，一种音频内耗自动化测量系统，包括机械夹具、音频内耗仪、频率综合仪和计算机。

机械夹具设在密闭容器内，在机械夹具上，在与被测品夹持位置对应设有激励电极和接收电极；所述激励电极与机械夹具夹持的被测品构成电容a，通过被测品在该电容a两极所成电场内受力产生振动；所述接收电极与被测品之间构成电容b，该电容b两极间距因被测品振幅的变化而变化，该变化产生振幅电信号；所述被测品接地良好；

频率综合仪的激励信号输出到音频内耗仪的信号输入端；该信号经音频内耗仪处理，通过音频内耗仪的激励头输出；激励头连接激励电极；音频内耗仪的拾振头连接接收电极，接收到的振幅电信号经处理后再进行检波，检波后的信号经A/D转换后输出到计算机的输入端；

计算机的控制信号输出端通过D/A转换连接所述音频内耗仪的激励信号控制端。

如图8，支持柱1、2、3、4结构是一样的，即A点到B点是打通的细管道，以便铬镍细丝穿过。两个支持柱1、2底部是连在一起，并可以在固定的轨道上滑动，同样两个支持柱3、4底部也是连在一起并可滑动的。当把支持柱1、2的位置确定后，用双股铬镍丝如图穿过四个支持柱，并且保证在样品节点处双股铬镍细丝能绷住夹紧样品节点即可，最后双股铬镍丝在弹簧处打结，并由弹簧钩住并绷紧到合适程度，从而很好的夹持住样品的两个节点。

所述密闭容器内设有加热装置、感温装置；在容器上设有细管，管径15毫米，管长60厘米；所述加热装置与控温装置连接；所述机械夹具、加热装置和感温装置与外部电路的连接线缆设在所述细管内；所述密闭容器还通过所述细管连接真空机组。

如图2，所述音频内耗仪包括信号激励信号处理电路和振幅电信号处理电路：

所述激励信号处理电路包括音频功率放大器、直流稳压电源、受控短路激励电路；音频功率放大器把接收到的频率综合仪的激励信号放大后，再经直流稳压电源叠加直流电压后输出到激励头；受控短路激励电路的控制端接收计算机的控制信号，受控短路激励电路的输出端连接激励头；

所述振幅电信号处理电路包括基极电流耦合电路、选频放大电路、精密线型检波器件；所述振幅电信号经拾振头输出到基极电流耦合电路，再经选频放大电路滤波，放大有效信号得到的信号输出到精密线型检波器件，信号被检出最大振幅的直流电压信号输出经A/D转换后输出到计算机的输入端；

所述激励信号处理电路中，在音频功率放大器和直流稳压电源之间还连接激励电压表；

所述接收信号处理电路的经选频放大电路放大的信号还引出一路输出到示波器的输入端；

所述音频内耗仪还包括温度信号处理电路，该电路包括直流mV放大电路，直流mV放大电路的输入端连接所述感温装置，直流mV放大电路把感温装置(本例中采用温差热电偶)输入信号放大后，输出测温电压信号，该测温电压信号经A/D转换后输出到计算机的输入端。本例中，感温装置采用热电偶。

所述直流稳压电源叠加直流电压范围是200伏特至300伏特，一般采用200V即可。激励正弦信号叠加直流电压的电路很简单就可实现。初始激励信号接入变压器的初级绕组(该变压器次级绕组与初级绕组约比为30∶1)，经过变压器的电压放大后由次级绕组输出，所要叠加的直流电压直接叠加在次级绕组输出端即可。

所述基极电流耦合电路如附图3，选用高频高反压的β值为60左右的小功率管，并且要求其有极小的漏电流。高频小功率管基极静态工作点定为-100V，发射极电流I_e设定在1mA左右，由上述要求可确定发射极电阻R_e为100KΩ。实际应用中要调节基极电阻R_b的阻值使发射极电流调整到1mA。该电路的工作原理是：拾振头通过电缆线与夹具接接收电极相连，当样品振动起来后，接收电极与样品(接地)之间的电容发生变化，充放电电流也在变化，通过电流放大后，变成电信号输出，由于电流放大器只能放大信号电流，不能放大噪声电压，故有效的提高了信噪比，使机械信号变成有用的电信号。

所述受控短路激励电路原理图如附图9：由计算机控制D/A输出一个+5V的短路电压，该电压经过阻值5KΩ左右限流电阻后加在β约为40～60左右的功率三极管的基极上，而输出激励信号经过阻值20KΩ左右的限流电阻接入该三极管的集电极，三极管的发射极良好接地。在此情况下，激励信号等价于接地短路。若撤去+5V电压，并由辅助电路给基极加上合适负电压以保证三极管完全截止，则激励信号V即可正常输出。

所述系统的测量方法，步骤是：安装调试好样品后，先手动调节激励信号的频率，并观察振幅变化以确定样品的共振频率值(该频率只是粗略值，精度要求不高)。然后即可由程序控制在以该共振频率为中心并且宽度为几个Hz或十几个Hz的频率范围内以合适频率跨度来改变频率进行扫描，检测相应的振动振幅，经过处理得到振幅极大值时对应的精确共振频率(误差一般小于±0.1Hz)；共振频率确定后，则在被测品共振达到最大振幅时短路掉激励信号，此时被测品的振动开始自由衰减，同时开始同步采集衰减数据，算出当前内耗值；计算内耗值的大概原理是：计算机采集的是几千个衰减过程中的幅度值，对这些幅度值取对数然后进行直线拟合，拟合出的直线斜率值再根据自由衰减的公式处理即得内耗值。

在上面的说明基础上，以一个样品测量过程来具体说明整套系统的测量运行过程。通常一个标准衬底的尺寸规格大约是40x4x0.4mm3。样品与激励接收电极相对的那层表面要镀上良好的导电层，以确保能和激励接收电极形成电容器。根据两节点振动的公式算出节点的位置，用镍铬细丝分别夹紧两个节点，这样就能保证样品的稳定振动模式。镍铬细丝和样品表面接触良好并且都接地。接着仔细调节激励和接收电极与样品之间的间隙，根据我们的经验合适的间距应该在0.1～0.2mm左右。此时内耗值随间距的细微变化改变不大。某些金属样品由于应力的释放和发生相变而弯曲，会导致间距的改变，严重的会使电板和样品短路。如果内耗值出现变化，应使这个变化越过峰顶，这样数据才是可靠的。机械部分调整后，就可以把激励和接收电极接入音频内耗仪，并通过频率综合仪来调节激励正弦波的频率。当频率接近样品当前温度下的共振频率时，样品的振动幅度值为最大值。然后在该频率下进行振幅的自由衰减，通过对采集来的衰减过程中随事件变化的幅度值计算可得到当前样品的内耗值。而上述过程可以由计算机程序自动完成。计算机自动控制程序流程图如附图7。初步设定一些实验参数后，程序开始在设定范围内扫描频率并记录对比振幅大小，从而找出当前共振频率，然后在共振频率下控制D/A输出+5v电压给音频内耗仪，内耗仪短路激励端，样品振动开始自由衰减。程序同时自动A/D采集衰减过程中样品振幅变化值，然后通过公式算出当前内耗值，并且程序自动采集当前热电偶放大后的信号，与先前建立的温度表进行比对计算出当前温度值，最后记录下该测量过程中的共振频率和内耗值以及对应温度，完成一次测量。在没有人为停止的情况下，程序不断重复这一过程，从而可以得到随温度变化的连续数据。以上过程中，还有一个重点是，整个测量过程应该在无空气干扰的情况下进行，所以机械夹具必须用真空系统进行抽气以保持较高的真空度。

实验中采用的样品是如上尺寸规格的单晶硅材料，其一面已经镀上了铜导电层，经实验测试该材料内耗值在室温到400摄氏度温区内并无明显的峰值。然而，当在其另一面镀上Ge₂Sb₂Te₅相变材料后再度用系统测量其内耗值，得到得数据如附图6。测量过程是以5.5K/min速度进行升温，内耗在100摄氏度左右开始抬升，180摄氏度左右出现第一个峰(P1)，330摄氏度左右出现第二个峰(P2).上述两个内耗峰正对应于Ge₂Sb₂Te₅材料相关报道中所确定的相同温度下的两个结构相变过程。由该测量实践可以明确的证明，音频内耗自动化测量系统得到的数据是真实可靠的。

本例中，频率综合仪采用安捷伦公司33220A型频率综合仪；控温装置、真空机组、A/D、D/A电路均为现有技术中常见产品，在此不作过多限制。

Claims (7)

1.一种音频内耗自动化测量系统，包括机械夹具、音频内耗仪、频率综合仪和计算机；

机械夹具设在密闭容器内，在机械夹具上，与被测品夹持位置对应设有激励电极和接收电极；所述激励电极与被测品构成电容a，被测品通过在该电容a两极所成电场内受力产生振动；所述接收电极与被测品之间构成电容b，该电容b两极间距因被测品振幅的变化而变化，该变化产生振幅电信号；所述被测品接地良好；

频率综合仪的激励信号输出到音频内耗仪的信号输入端；该信号经音频内耗仪处理，通过音频内耗仪的激励头输出；激励头连接激励电极；音频内耗仪的拾振头连接接收电极，接收到的振幅电信号经处理后经A/D转换后输出到计算机的输入端；

计算机的控制信号输出端通过D/A转换连接所述音频内耗仪的激励信号控制端；

所述机械夹具采用两根双股的金属细丝对被测品进行夹持；两根双股的金属细丝平行设在被测品节点对应位置，用以夹持被测品；

其特征是两节点对应位置分别设有两对平行的第一对支持柱(1、2)和第二对支持柱(3、4)，第一、二对支持柱(1、2、3、4)内设有打通的管道，所述金属细丝依次穿过第一、二对支持柱(1、2、3、4)内的管道；所述金属细丝的头尾两端由弹簧钩住；所述的第一对支持柱(1、2)和/或第二对支持柱(3、4)设在滑轨上，使第一对支持柱(1、2)与第二对支持柱(3、4)的间距可调；所述激励头上的电极即所述激励电极和拾振头的电极即接收电极设在可以自由调节的底座上。

2.根据权利要求1所述音频内耗自动化测量系统，其特征是所述金属细丝是一定温度下形态稳定且耐氧化的金属，采用镍铬细丝或不锈钢细丝。

3.根据权利要求1所述音频内耗自动化测量系统，其特征是所述密闭容器内设有加热装置、感温装置；在容器上设有细管；所述加热装置连接有控温装置；所述机械夹具、加热装置和感温装置与外部电路的连接线缆设在所述细管内；所述密闭容器还通过所述细管连接真空机组。

4.根据权利要求1所述音频内耗自动化测量系统，其特征是所述音频内耗仪包括激励信号处理电路和振幅电信号处理电路；

所述激励信号处理电路包括音频功率放大器、直流稳压电源、受控短路激励电路；音频功率放大器把接收到的频率综合仪的激励信号放大后，再经直流稳压电源叠加直流电压后输出到激励头；受控短路激励电路的控制端接收计算机的控制信号，受控短路激励电路的输出端连接直流稳压电源的输出端，作为激励信号输出端；

所述振幅电信号处理电路包括基极电流耦合电路、选频放大电路、精密线型检波器件；所述振幅电信号经拾振头输出到基极电流耦合电路，再经选频放大电路滤波，放大有效信号得到的信号输出到精密线型检波器件，信号被检出最大振幅的直流电压信号输出经A/D转换后输出到计算机的输入端；

所述激励信号处理电路中，在音频功率放大器和直流稳压电源之间还连接激励电压表；

所述振幅电信号处理电路的经选频放大电路放大的信号还有一路输出到示波器的输入端；

所述音频内耗仪还包括温度信号处理电路，该电路包括直流mV放大电路，直流mV放大电路的输入端连接有感温装置，直流mV放大电路把感温装置输入信号放大后，输出测温电压信号，该测温电压信号经A/D转换后输出到计算机的输入端。

5.根据权利要求4所述音频内耗自动化测量系统，其特征是所述直流稳压电源叠加的直流电压范围是200伏至300伏。

6.根据权利要求4所述音频内耗自动化测量系统，其特征是所述基极电流耦合电路的设计方法是：选用高频高反压的β值为60的小功率管，并且要求其有极小的漏电流；高频小功率管基极静态工作点定为-100V，发射极电流I_e设定在1mA，由上述要求确定发射极电阻R_e为100KΩ；实际应用中要调节可变基极电阻R_b，R_b的阻值是10MΩ，使发射极电流调整到1mA。

7.根据权利要求4所述音频内耗自动化测量系统，其特征是所述受控短路激励电路原理是由计算机控制D/A输出一个+5V的短路电压，该电压经过合适的限流电阻后加在功率三极管的基极上，而输出激励信号经过合适的限流电阻接入该三极管的集电极，该三极管的发射极良好接地；在此情况下，激励信号等价于接地短路；若撤去+5V电压，并由辅助电路给基极加上合适负电压以保证三极管完全截止，则激励信号即可正常输出。

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