CN102495299A - 一种压电材料性能自动测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压电材料性能自动测试系统及方法，该系统包括控制单元、与待测压电材料相连的多个可程控测试单元、以及连接在控制单元与多个可程控测试单元之间的传输单元，所述各可程控测试单元通过所述传输单元接收来自所述控制单元的指令以对所述待测压电材料的压电性能进行自动测试，并将测试得到的直接压电性能数据通过所述传输单元反馈至所述控制单元，所述控制单元将接收到的所述直接压电性能数据发送至显示单元并进行记录，所述直接压电性能数据为包括谐振频率、谐振阻抗、反谐振频率、反谐振阻抗、电导、电抗、容抗、静态电容和介电损耗在内的直接压电性能数据。本系统和方法可对压电元器件的性能进行自动测试。

Description

一种压电材料性能自动测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种压电材料性能自动测试系统及方法，该系统及方法主要应用于压电元器件生产过程中的性能自动检测。

背景技术

压电材料是一种受到压力作用时会在该材料两端面间出现电压的晶体材料，包括压电晶体材料、压电陶瓷材料、压电聚合物等。目前，压电材料以其优越的压电性能被广泛地应用于航空、军事、石油工业、医疗等领域，但是不同的应用对压电材料的性能指标参数要求也有所不同。因此在压电元器件的生产制造过程中，对压电元器件的性能测试是非常重要的一个环节，需要通过性能测试来判断压电元器件的性能是否满足指标要求，并要将其记录下来，作为下一步应用的参考。

在传统的压电元器件的生产制造过程中，通常是采用一人操作读数、一人在提前设计好的表格上边编号边记录的方法来进行对压电元器件的性能测试，其中各压电元器件的直接指标可以实时读取后人工记录在表格上，但是间接指标还要等全部压电元器件测试好之后再进行人工计算后才能进一步判断其是否符合指标要求，进而再做筛选，而且，若想对某一批次的压电元器件的性能进行统计分析的话，又是一项工作量很大的工作。这样，一方面，操作读数的人员和记录数据的人员长时间工作下来很容易疲劳，难免会出错，且记录错误又不易修改，另一方面，压电元器件的间接指标需要在进行人工计算之后才能判断其是否满足要求，这不仅增加了人工计算的工作量，而且若在人工计算后判断出该压电元器件的间接指标不符合指标要求，则还需重新补充样品，重新进行测试，并且再重新根据测得的数据进行人工计算，因此导致整个测试过程效率很低。

例如，中国专利20080017250.0公开了一种压电元件。在该专利中，采用测试仪器手动测试该压电元件的各项性能，例如分别使用Agilent 4294A阻抗分析仪测定该压电元件的压电基板的共振频率Fr、反共振频率Fa、使用Agilent 53181A频率计数器测定该压电元件的压电基板的振荡频率F0等参数，对各项参数进行人工记录，此外还根据测得的参数、利用特定等效电路及公式人工计算出相关的间接参数，如机电耦合系数k15，振荡频率变化率等等。此种测试方法，不但需要对测得的数据进行人工记录，还需要对测得的数据进行大量的人工计算，从而判断出经过人工计算后的间接数据是否满足要求。采用此方法，耗时耗力，而且在人工记录及人工计算过程中均不可避免会发生错误。

发明内容

本发明的目的在于提出一种压电材料性能自动测试系统和方法，可以对压电元器件的各项性能进行自动测试，将测试人员从繁重的手动测试及记录中解放出来，大大提高测试效率。

根据本发明的一方面，提供了一种压电材料性能自动测试系统，包括控制单元、与待测压电材料相连的多个可程控测试单元、以及连接在所述控制单元与所述多个可程控测试单元之间的传输单元，所述各可程控测试单元通过所述传输单元接收来自所述控制单元的指令以对所述待测压电材料的压电性能进行自动测试，并将测试得到的直接压电性能数据通过所述传输单元反馈至所述控制单元，所述控制单元将接收到的所述直接压电性能数据发送至显示单元并进行记录，所述直接压电性能数据为包括谐振频率、谐振阻抗、反谐振频率、反谐振阻抗、电导、电抗、容抗、静态电容和介电损耗在内的直接压电性能数据。

该压电材料性能自动测试系统搭建简单、方便，可以对压电元器件的各项直接压电性能进行自动测试，与传统的测试方法相比，该系统操作简单、快捷、方便、易于保存，自动化程度高，可以大大降低劳动力成本、提高测试效率，还可避免人工测试的误操作或数据记录的笔误。

在本发明中，所述控制单元配置为根据预先设定的压电性能参数公式从测试得到的所述直接压电性能数据计算出所述待测压电材料的间接压电性能数据并发送至所述显示单元，所述间接压电性能数据为包括带宽、介电常数、机械品质因子和机电耦合系数在内的间接压电性能数据。

采用本发明，可对待测压电材料的间接参数指标进行自动测试，减少了人工计算间接参数指标的环节，不但简化了测试工序，还减少了人工计算容易发生错误的风险，提高了测试效率。

在本发明中，所述控制单元配置为对各所述直接或间接压电性能数据预先设定参考数据范围，判断测试得到的所述直接压电性能数据或计算出的所述间接压电性能数据是否在预先设定的所述参考数据范围内，将属于所述参考数据范围内的所述直接或间接压电性能数据发送至所述显示单元进行记录，对不属于所述参考数据范围内的所述直接或间接压电性能数据，所述控制单元向所述显示单元发送更换待测压电材料的提示指令。

采用本发明，还可在测试过程中根据预先设定的参数范围，对待测压电材料自动进行合格判断，将不合格品剔除，对合格品的各指标参数进行记录。与传统方法相比，节省了在人工计算间接参数指标后再进行人工判断合格的过程，简化了测试过程，并节省了测试时间。

在本发明中，所述可程控测试单元为内置GPIB接口的测试装置，且所述传输单元包括USB/GPIB接口转换装置、连接在所述USB/GPIB接口转换装置的一端与所述控制单元之间的USB电缆、以及连接在所述USB/GPIB接口转换装置的另一端与所述各可程控测试单元之间的GPIB电缆。

采用本发明，利用USB/GPIB接口的数据传输功能，有利于实现测试单元与控制单元之间的快速、准确的数据传输。

在本发明中，所述控制单元配置为通过采用Visual Basic语言编程进行控制，并使所述显示单元通过excel表格的形式对压电性能数据进行记录，且所述控制单元还配置为通过调用所述可程控测试单元的专用控制仪器编程语言经由所述传输单元对所述可程控测试单元进行控制。

采用本发明，有利于实现控制单元对可程控测试单元的控制，且基于excel强大的表格处理功能，用 Visual Basic编程来实现软件的可视性和可操作性。

在本发明中，所述控制单元还配置为通过excel的统计功能对记录于所述显示单元的所述压电性能数据进行自动编号、自动统计分析。

采用本发明，有利于测试人员对所记录的测试结果的读取、使用，并可对测试结果中的各项数据自动进行统计分析，避免了大量的人工统计工作，提高了工作效率。

在本发明中，所述待测压电材料通过测试夹具与所述各可程控测试单元相连。

采用本发明，有利于待测压电材料与测试单元之间建立可靠的连接，也便于更换待测压电材料，使整个测试过程更简单。

根据本发明的另一方面，提供了一种压电材料性能自动测试方法，包括：提供控制单元以及与待测压电材料相连的多个可程控测试单元；将所述控制单元与所述多个可程控测试单元通过传输单元相连；控制所述控制单元以通过所述传输单元向所述各可程控测试单元发送指令，对所述待测压电材料的压电性能进行自动测试；所述各可程控测试单元将测试得到的直接压电性能数据通过所述传输单元反馈至所述控制单元；所述控制单元将接收到的所述直接压电性能数据发送至显示单元并进行记录；所述直接压电性能数据为包括谐振频率、谐振阻抗、反谐振频率、反谐振阻抗、电导、电抗、容抗、静态电容和介电损耗在内的直接压电性能数据。

采用本方法，可以对压电元器件的各项直接压电性能进行自动测试，与传统的测试方法相比，该方法操作简单、快捷、方便、易于保存，自动化程度高，可以大大降低劳动力成本、提高测试效率，还可避免人工测试的误操作或数据记录的笔误。

该方法还包括控制所述控制单元以根据预先设定的压电性能参数公式从测试得到的所述直接压电性能数据计算出所述待测压电材料的间接压电性能数据并发送至所述显示单元，所述间接压电性能数据为包括带宽、介电常数、机械品质因子和机电耦合系数在内的间接压电性能数据。

采用本方法，可对待测压电材料的间接参数指标进行自动测试，减少了人工计算间接参数指标的环节，不但简化了测试工序，还减少了人工计算容易发生错误的风险，提高了测试效率。

该方法还包括控制所述控制单元以对各所述直接或间接压电性能数据预先设定参考数据范围，判断测试得到的所述直接压电性能数据或计算出的所述间接压电性能数据是否在预先设定的所述参考数据范围内，将属于所述参考数据范围内的所述直接或间接压电性能数据发送至所述显示单元进行记录，对不属于所述参考数据范围内的所述直接或间接压电性能数据，所述控制单元向所述显示单元发送更换待测压电材料的提示指令。

采用本方法，还可在测试过程中根据预先设定的参数范围，对待测压电材料自动进行合格判断，将不合格品剔除，对合格品的各指标参数进行记录。与传统方法相比，节省了在人工计算间接参数指标后再进行人工判断合格的过程，简化了测试过程，并节省了测试时间。

该方法还包括使所述可程控测试单元为内置GPIB接口的测试装置，且所述传输单元包括USB/GPIB接口转换装置、连接在所述USB/GPIB接口转换装置的一端与所述控制单元之间的USB电缆、以及连接在所述USB/GPIB接口转换装置的另一端与所述各可程控测试单元之间的GPIB电缆。

采用本方法，利用USB/GPIB接口的数据传输功能，有利于实现测试单元与控制单元之间的快速、准确的数据传输。

该方法还包括所述控制单元通过采用Visual Basic语言编程进行控制，并使所述显示单元通过excel表格的形式对压电性能数据进行记录，且所述控制单元通过调用所述可程控测试单元的专用控制仪器编程语言经由所述传输单元对所述可程控测试单元进行控制。

采用本方法，有利于实现控制单元对可程控测试单元的控制，且基于excel强大的表格处理功能，用 Visual Basic编程来实现软件的可视性和可操作性。

该方法还包括控制所述控制单元以通过excel的统计功能对记录于所述显示单元的所述压电性能数据进行自动编号、自动统计分析。

采用本方法，有利于测试人员对所记录的测试结果的读取、使用，并可对测试结果中的各项数据自动进行统计分析，避免了大量的人工统计工作，提高了工作效率。

该方法还包括将所述待测压电材料通过测试夹具与所述各可程控测试单元相连。

采用本方法，有利于待测压电材料与测试单元之间建立可靠的连接，也便于更换待测压电材料，使整个测试过程更简单。

在本方法中，所述待测压电材料可以是圆片型压电材料。

其中，所述待测压电材料的带宽△f通过以下公式计算：△f＝fa－fr，其中fa为反谐振频率，fr为谐振频率。

所述圆片型压电材料的介电常数ε通过以下公式计算：                                                

，其中t为圆片的厚度，Φ为圆片的直径，C为静态电容。

所述圆片型压电材料的机械品质因子Qm通过以下公式计算：，其中|Z|_m为谐振阻抗，△f为所述待测压电材料的带宽，C为静态电容。

所述圆片型压电材料的厚度振动机电耦合系数k_t通过以下公式计算：

，其中fa为谐振频率，fr为谐振频率。

通过以上方法可自动计算出所述圆片型压电材料的间接压电性能数据。

综合所述，采用本发明的压电材料性能自动测试系统和方法，可以对压电元器件的各项性能进行自动测试，与传统的测试方法相比，可以实现压电元器件测试结果的自动读数、自动计算间接指标、自动合格判断、自动统计分析等功能，该方法操作简单、快捷、方便、易于保存，自动化程度高，可以大大降低劳动力成本、提高测试效率，还可避免人工测试的误操作或数据记录的笔误，从而大大改进了压电元器件生产制造过程中的性能自动检测环节。

附图说明

图1是本发明压电材料性能自动测试系统的组成示意图；

图2是本发明压电材料性能自动测试系统的功能实现原理图；

图3是采用本发明压电材料性能自动测试系统进行测试的第一实施例的程序流程图；

图4是采用本发明压电材料性能自动测试系统进行测试的第二实施例的程序流程图；

图5是采用本发明压电材料性能自动测试系统进行测试的第三实施例的程序流程图；

图6是对采用本发明压电材料性能自动测试系统得到的测试结果进行统计分析的示例程序流程图；

图7a是本发明压电材料性能自动测试系统的软件初始界面示意图；

图7b是使用本发明压电材料性能自动测试系统自动测试频率的示意图；

图7c是使用本发明压电材料性能自动测试系统自动测试电容和介电损耗的示意图；

图7d是使用本发明压电材料性能自动测试系统自动剔除不合格品的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的压电材料性能自动测试系统和采用该系统对压电材料性能进行自动测试的方法进行详细的说明。

图1示出了本发明压电材料性能自动测试系统的组成示意图。本发明的压电材料性能自动测试系统包括作为控制单元的计算机1、与待测压电元器件相连的多个可程控测试单元、以及连接在该计算机1与该多个可程控测试单元之间的传输单元。该压电材料性能自动测试系统通过计算机1远程控制各可程控测试单元自动测试待测压电元器件的各项压电性能指标（包括直接指标：谐振频率fr、谐振阻抗|Z|_m、反谐振频率fa、反谐振阻抗、电导、电抗、容抗、静态电容C和介电损耗tgδ等；间接指标：带宽△f、介电常数ε、机械品质因子Qm、机电耦合系数k_t等），并实现在测试过程中对压电元器件进行自动编号、自动读数、自动计算间接指标、自动剔除不合格品，对测得的各项压电性能指标进行自动统计等功能。

该压电材料性能自动测试系统中的可程控测试单元为带有GPIB接口的各类现有测试仪器，例如图1所示的hp 4194A阻抗分析仪2、Agilent 4284A 精密LCR测试仪（Precision Meter）3。此外，也可采用其他现有的可用于进行压电材料性能测试的带有GPIB接口的可程控测试仪器，只需对该测试系统软件的程序代码做一些简单的修改即可。另外，本发明中，可通过通用接口总线（GPIB）电缆5连接多个内置GPIB接口的可程控测试装置以容易地构建自动测试系统，接线简单，操作方便。

该压电材料性能自动测试系统的传输单元包括USB/GPIB接口转换器4、连接在该USB/GPIB接口转换器4的一端与计算机1之间的USB电缆6、以及连接在该USB/GPIB接口转换器4的另一端与各可程控测试单元之间的GPIB电缆5，借助于此，可利用GPIB接口的数据传输功能，有利于实现测试单元与计算机之间的快速、准确的数据传输。在本发明中，该USB/GPIB接口转换器4可选用82357A USB/GPIB接口。计算机与各可程控测试单元之间也可采用其他合适的数据传输方式以实现计算机对各可程控测试单元的控制。例如，在本发明的其他实施例中，该计算机1也可为内置GPIB接口的计算机，该计算机可直接通过GPIB电缆5与各可程控测试单元相连。

另外，在本发明的示例压电材料性能自动测试系统中，计算机1为包括用于显示测试结果的交互式人机界面的通用计算机，由此构建的自动测试系统可操作性强，便于用户使用。

在本发明中，诸如压电陶瓷元器件等待测压电元器件，可通过测试夹具与多个可程控测试单元相连，以便在待测压电元器件与各可程控测试单元之间建立可靠的连接，也便于更换待测压电元器件，以使整个测试过程更简单方便。例如，上述hp 4194A阻抗分析仪2和Agilent 4284A精密LCR测试仪3两个测试仪器可同时分别与一个压电元器件通过测试夹具相连，来分别实现对两个压电元器件的直接指标，例如谐振频率、谐振阻抗、反谐振频率、反谐振阻抗、电导、电抗以及静态电容、介电损耗等的测试，上述直接指标参数只是在压电元器件生产制造过程中常用的指标参数，事实上这两台测试仪器远不止能测试这些指标参数，在实际应用中可灵活根据用户的需求通过对测试系统软件做一些补充或调整即可测试其他的指标参数，另外也可通过HUB并接连接两台以上的测试仪器，以实现对更多压电性能指标的测试。

图2示出了本发明压电材料性能自动测试系统的功能实现原理图。如图2所示，操作人员控制计算机1通过82357A USB/GPIB接口4（示于图1）对hp 4194A阻抗分析仪2、Agilent 4284A精密LCR测试仪3发出指令，对它们实现远程控制，以对待测压电元器件进行各种压电性能测试；hp 4194A阻抗分析仪2、Agilent 4284A精密LCR测试仪3反过来根据计算机1的指令将测试得到的数据反馈给计算机1，计算机1根据其预先设计好的程序对接收到的测试数据进行数据记录、间接指标计算、判断合格与否、数据统计分析等。

更具体地，上述压电元器件的各类直接压电性能指标通过hp 4194A阻抗分析仪2和Agilent 4284A 精密LCR测试仪3直接进行测试，以圆片型压电材料为例，其中直接指标（即直接压电性能数据）：谐振频率fr、谐振阻抗|Z|_m、反谐振频率fa、反谐振阻抗、电导、电抗、容抗通过hp 4194A阻抗分析仪2进行测试，静态电容C和介电损耗tgδ通过Agilent 4284A 精密LCR测试仪3进行测试；间接指标（即间接压电性能数据）：带宽△f、介电常数ε、机械品质因子Qm、机电耦合系数k_t等由计算机根据以上测得的直接指标按照预先设定的系统软件的后台进行计算获得，例如带宽△f＝fa－fr；圆片的径向介电常数

，其中t为圆片的厚度，Φ为圆片的直径；机械品质因子

；厚度振动机电耦合系数

。以此方式，可通过计算机控制各可程控测试单元实现对待测压电元器件的各种压电性能的自动测试，包括直接测试直接指标以及根据上述公式从测得的直接指标计算出间接指标。以上，仅以压电元器件生产制造过程中的常用压电性能指标为例进行说明，但本发明并不限于此，也可对各类其他压电性能进行测试而不脱离本发明的范围。

本发明压电材料性能自动测试系统的使用方法具体如下：首先根据图1所示的压电材料性能自动测试系统组成示意图搭建整个测试系统，并按照82357A USB/GPIB接口使用说明书的方法在计算机1上安装该接口的驱动软件，依次构建起计算机1和hp 4194A阻抗分析仪2和Agilent 4284A精密LCR测试仪3之间的数据链接，确保计算机1和hp 4194A阻抗分析仪2和Agilent 4284A精密LCR测试仪3之间指令和数据传输通道的畅通，以此完成整个测试系统的构建。

其次，根据实际需要，用Visual Basic编程并调用Agilent（安捷伦）的专用控制仪器编程语言VISA和SICL来实现计算机1对hp 4194A阻抗分析仪2和Agilent 4284A精密LCR测试仪3的远程控制，并运用Excel的控件功能通过Visual Basic后台编程来实现测试压电元器件所需指标的目的。

以下结合图3～6，对采用本发明压电材料性能自动测试系统进行测试的过程进行更详细的说明。

图3示出了采用本发明压电材料性能自动测试系统进行测试的第一实施例的程序流程图。首先，该程序开始，启动本发明的压电材料性能自动测试系统：

即接通整个测试系统的电源，依次打开hp 4194A阻抗分析仪2、Agilent 4284A精密LCR测试仪3和计算机1。接下来，该程序进行至步骤S101。

在步骤S101中，对该压电材料性能自动测试系统进行初始化：

即在计算机相应目录下，打开测试软件模板，该测试软件以*.xlt格式保存，并且根据提示，读入测试频率范围、静态电容对应的频率，测试者姓名。在确认的同时，构建起计算机1和hp 4194A阻抗分析仪2和Agilent 4284A精密LCR测试仪3之间的数据链接。该程序继续进行至步骤S102。

在步骤S102中，对待测压电元器件进行测试准备：

即读入待测压电元器件的产品型号、批次号，根据产品批次和数量自动输入产品编号，利用快捷键在计算机1的显示单元上显示测试控件，例如，如图7a所示的“测试频率”、“测试电容”。该程序继续进行至步骤S103。

在步骤S103中，对待测压电元器件开始进行测试：

即将待测压电元器件装入测试夹具，点击测试控件“测试频率”、“测试电容”，计算机1控制测试单元，如hp 4194A阻抗分析仪2、Agilent 4284A精密LCR测试仪3，对待测压电元器件的直接指标进行测试，并将测试得到的直接指标反馈至计算机1。该程序继续进行至步骤S104。

在步骤S104中，进行测试结果的自动记录：

即计算机1接收到来自测试单元的直接指标后，将各直接指标直接录入表格中相应位置，此时活动单元格还可自动下移，进行后续测试，测试控件随活动单元格自动下移，到页末自动输入表尾、插入分页符实现自动分页，有利于对多个压电元器件进行测试的测试结果记录。该程序继续进行至步骤S105。

在步骤S105中，产品测试结束：

即将产品测试数据以*.xls的格式保存在该产品的相应目录下（不会改变模板），快捷键隐藏测试控件，此外还可对测试结果进行打印。

最后，整个测试过程结束，退出该程序。

通过本发明，可实现对压电元器件的各直接压电性能指标的自动测试和记录，可将测试人员从繁重的手动测试及记录中解放出来，大大提高了测试效率。

图4示出了采用本发明压电材料性能自动测试系统进行测试的第二实施例的程序流程图。对该第二实施例中与前述第一实施例相似的步骤不再进行详细的描述。

如图4所示，本发明还包括在步骤S203测试得到直接指标后，该程序进行至步骤S211。

在步骤S211中，计算机1在读入测得的直接指标的同时根据预先设定的例如前文所述计算间接指标的压电性能参数公式后台计算出待测压电元器件的间接指标。随后，该程序再进行至步骤S204，对测试结果进行自动记录。

通过本发明，可对待测压电材料的间接参数指标进行自动测试，减少了人工计算间接参数指标的环节，不但简化了测试工序，还减少了人工计算容易发生错误的风险，提高了测试效率。

图5示出了采用本发明压电材料性能自动测试系统进行测试的第三实施例的程序流程图。对该第三实施例中与前述第一和第二实施例相似的步骤不再进行详细的描述。

如图5所示，本发明还包括对测试得到的数据进行合格判断的步骤，即在步骤S311计算出间接指标后，该程序进行至步骤S312。

在步骤S312中，进行合格判断：

即计算机根据预先设定的各参数指标范围（直接参数指标范围和/或间接参数指标范围）对待测压电元器件是否合格进行判断。

若上述参数指标在其参数指标范围内，即待测压电元器件判断为合格，则该程序运行至步骤S304，进行对测试结果进行自动记录。

若上述参数指标不在其参数指标范围内，即待测压电元器件判断为不合格，则运行至步骤S313。

在步骤S313中，活动单元格保持不变，同时提示用新样品来代替，接着回到步骤S303，装入新的待测压电元器件再进行测试，直到判断新的待测压电元器件合格，才能继续进行后续的测试。进而，该程序继续进行到步骤S304。

采用本发明，还可在测试过程中根据预先设定的参数范围，对待测压电材料自动进行合格判断，将不合格品剔除，对合格品的各指标参数进行记录。与传统方法相比，节省了在人工计算间接参数指标后再进行人工判断合格的过程，简化了测试过程，并节省了测试时间。

另外，本发明还可利用excel强大的数据统计分析功能对测试结果进行统计分析处理，例如，如图5所示，在步骤S305产品测试结束后，还可选择进行统计分析，则该程序可进行至步骤S400，以对测试结果进行统计分析。

图6示出了对测试结果进行统计分析的步骤S400的示例程序流程图。在统计分析开始后，程序进行至步骤S401。

在步骤S401中，首先进行初始化，快捷键显示“统计”控件，根据提示输入需要统计的项目、统计数据区间、以及产品总数等。

随后，在步骤S402中，在对步骤S401输入的内容确认后，点击“统计”控件，计算机自动对上述内容进行统计分析，在统计好后，将结果显示在表格上的相应位置，并保存统计结果。

最后，结束整个压电材料性能自动测试过程。

采用本发明，可对测试结果中的各项数据自动进行统计分析，避免了大量的人工统计工作，提高了工作效率。

图7示出了使用本发明压电材料性能自动测试系统的具体操作情况。

图7a是本发明压电材料性能自动测试系统的软件初始界面示意图。在待测压电元器件装好后，鼠标点击测试控件“测试频率”、“测试电容”，即可如图7b-7c所示，远程控制hp 4194A阻抗分析仪2和Agilent 4284A精密LCR测试仪3获得待测压电元器件的频率和电容、介电损耗以及与频率和电容相关的各类间接指标，并且活动单元格自动下移至下一个测试对象，以电子表格的形式记录并保存数据，方便、便捷。

图7d是使用本发明压电材料性能自动测试系统自动剔除不合格品的示意图。依照压电元器件的指标参数范围，用Visual Basic编程设限，计算机1根据预先设定的指标参数范围对从hp 4194A阻抗分析仪2和Agilent 4284A3采得的数据（直接参数）和间接计算的参数进行判断，若参数在指标参数范围内，计算机直接将各数据录入表格的相应位置，活动单元格自动移至下一测试对象；若参数超标，即小于或大于该指标参数范围，则如图7d所示，计算机1的界面会自动弹出一个友好的提示对话框，提示测试者此压电元器件超标，为不合格品，并且数据不被录入，活动单元格位置不变，待测试者按照提示，更换待测压电元器件后，计算机1继续后续的测试。

与传统的方法相比，本发明完全避免了测试者在测试过程中停下来人工计算间接参数是否超标或是等全部测试完成后才人工计算间接参数判断该压电元器件是否合格，遇到不合格品还得用新的合格品来代替它再重新测试和人工计算的麻烦。

本发明的压电材料性能自动测试系统通过计算机远程控制例如hp 4194A阻抗分析仪和Agilent 4284A精密LCR测试仪等测试仪器自动测试压电元器件的各项压电性能指标，考虑到测试结果要以严格的表格形式显示、打印、保存以及软件的可视性和可操作性，所以利用excel强大的表格处理功能和数据统计分析功能，利用 82357AUSB/GPIB接口的数据传输功能，用Visual Basic编程并调用Agilent的专用控制仪器编程语言VISA和SICL来实现计算机对hp 4194A阻抗分析仪和Agilent 4284A的远程控制，基于excel用 Visual Basic编程来实现软件的可视性和可操作性，实现对压电元器件测试过程中的自动编号、自动读数、自动计算间接指标、自动剔除、自动统计等功能，该系统搭建简单、方便、软件界面友好、可操作性强，不仅可以减少测试人员（2人的工作可以由1人完成），降低劳动力成本，而且可以减轻测试人员的工作量，把测试人员从繁重的数据记录和统计分析中解放出来，大大提高工作效率。 

Claims (15)

1.一种压电材料性能自动测试系统，其特征在于，包括控制单元、与待测压电材料相连的多个可程控测试单元、以及连接在所述控制单元与所述多个可程控测试单元之间的传输单元，所述各可程控测试单元通过所述传输单元接收来自所述控制单元的指令以对所述待测压电材料的压电性能进行自动测试，并将测试得到的直接压电性能数据通过所述传输单元反馈至所述控制单元，所述控制单元将接收到的所述直接压电性能数据发送至显示单元并进行记录，所述直接压电性能数据为包括谐振频率、谐振阻抗、反谐振频率、反谐振阻抗、电导、电抗、容抗、静态电容和介电损耗在内的直接压电性能数据。

2.根据权利要求1所述的压电材料性能自动测试系统，其特征在于，所述控制单元配置为根据预先设定的压电性能参数公式从测试得到的所述直接压电性能数据计算出所述待测压电材料的间接压电性能数据并发送至所述显示单元，所述间接压电性能数据为包括带宽、介电常数、机械品质因子和机电耦合系数在内的间接压电性能数据。

3.根据权利要求1或2所述的压电材料性能自动测试系统，其特征在于，所述控制单元配置为对各所述压电性能数据预先设定参考数据范围，判断获得的各压电性能数据是否在预先设定的所述参考数据范围内，将属于所述参考数据范围内的所述压电性能数据发送至所述显示单元进行记录，对不属于所述参考数据范围内的所述压电性能数据，所述控制单元向所述显示单元发送更换待测压电材料的提示指令。

4.根据权利要求1所述的压电材料性能自动测试系统，其特征在于，所述可程控测试单元为内置GPIB接口的测试装置，且所述传输单元包括USB/GPIB接口转换装置、连接在所述USB/GPIB接口转换装置的一端与所述控制单元之间的USB电缆、以及连接在所述USB/GPIB接口转换装置的另一端与所述各可程控测试单元之间的GPIB电缆。

5.根据权利要求1所述的压电材料性能自动测试系统，其特征在于，所述控制单元配置为通过采用Visual Basic语言编程进行控制，并使所述显示单元通过excel表格的形式对压电性能数据进行记录，且所述控制单元还配置为通过调用所述可程控测试单元的专用控制仪器编程语言经由所述传输单元对所述可程控测试单元进行控制。

6.根据权利要求5所述的压电材料性能自动测试系统，其特征在于，所述控制单元还配置为通过excel的统计功能对记录于所述显示单元的所述压电性能数据进行自动编号、自动统计分析。

7.根据权利要求1所述的压电材料性能自动测试系统，其特征在于，所述待测压电材料通过测试夹具与所述各可程控测试单元相连。

8.一种压电材料性能自动测试方法，其特征在于，包括：

提供控制单元以及与待测压电材料相连的多个可程控测试单元；

将所述控制单元与所述多个可程控测试单元通过传输单元相连；

控制所述控制单元以通过所述传输单元向所述各可程控测试单元发送指令，对所述待测压电材料的压电性能进行自动测试；

所述各可程控测试单元将测试得到的直接压电性能数据通过所述传输单元反馈至所述控制单元；

所述控制单元将接收到的所述直接压电性能数据发送至显示单元并进行记录；

所述直接压电性能数据为包括谐振频率、谐振阻抗、反谐振频率、反谐振阻抗、电导、电抗、容抗、静态电容和介电损耗在内的直接压电性能数据。

9.根据权利要求8所述的压电材料性能自动测试方法，其特征在于，控制所述控制单元以根据预先设定的压电性能参数公式从测试得到的所述直接压电性能数据计算出所述待测压电材料的间接压电性能数据并发送至所述显示单元，所述间接压电性能数据为包括带宽、介电常数、机械品质因子和机电耦合系数在内的间接压电性能数据。

10.根据权利要求8或9所述的压电材料性能自动测试方法，其特征在于，控制所述控制单元以对各压电性能数据预先设定参考数据范围，判断获得的各压电性能数据是否在预先设定的所述参考数据范围内，将属于所述参考数据范围内的所述压电性能数据发送至所述显示单元进行记录，对不属于所述参考数据范围内的所述压电性能数据，所述控制单元向所述显示单元发送更换待测压电材料的提示指令。

11.根据权利要求8所述的压电材料性能自动测试方法，其特征在于，使所述可程控测试单元为内置GPIB接口的测试装置，且所述传输单元包括USB/GPIB接口转换装置、连接在所述USB/GPIB接口转换装置的一端与所述控制单元之间的USB电缆、以及连接在所述USB/GPIB接口转换装置的另一端与所述各可程控测试单元之间的GPIB电缆。

12.根据权利要求8所述的压电材料性能自动测试方法，其特征在于，所述控制单元通过采用Visual Basic语言编程进行控制，并使所述显示单元通过excel表格的形式对压电性能数据进行记录，且所述控制单元通过调用所述可程控测试单元的专用控制仪器编程语言经由所述传输单元对所述可程控测试单元进行控制。

13.根据权利要求12所述的压电材料性能自动测试方法，其特征在于，控制所述控制单元以通过excel的统计功能对记录于所述显示单元的所述压电性能数据进行自动编号、自动统计分析。

14.根据权利要求8所述的压电材料性能自动测试方法，其特征在于，将所述待测压电材料通过测试夹具与所述各可程控测试单元相连。

15.根据权利要求8所述的压电材料性能自动测试方法，其特征在于，所述待测压电材料包括圆片型压电材料。

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