CN107026232A - 一种压电纤维极化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电纤维极化系统及方法，极化系统包括极化装置、极化池及控制单元；所述的极化池包括油浴池、清洗池和烘干池；所述的油浴池内装有硅油，所述的清洗池内装有硅油清洗剂，所述的热风机装在烘干池的一侧壁上；所述的控制单元包括极化电压加载单元、热风机控制单元，极化电压加载单元与极化装置上压电纤维两端的电极连接；热风机控制单元与热风机连接。本发明的压电纤维极化系统结构简单，体积小，重量轻，安装方便；本发明的控制单元能够实时监测极化电压的加载并显示极化电压的数值；精确控制硅油加热温度并实时显示；使得本发明的极化效率快，良品率高。

Description

一种压电纤维极化系统及方法

技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷材料的极化技术，特别是压电纤维在超高压下的一种极化系统及其方法。属于压电陶瓷材料制备领域。

背景技术

压电陶瓷是一种机械能和电能互相转换的功能性材料，广泛应用于移动通讯、电子设备、卫星广播、航空航天等高兴技术领域。随着科学技术的发展，对压电器的性能和形状要求越来越高，随之便产生了压电纤维。在压电纤维的研制过程中，为了保证其压电性能的发挥，极化是必不可少的一道工序。极化是赋予压电材料压电性能的基本加工过程，与传统的压电片等材料极化相比较，压电纤维具有细长型结构，原有的极化技术不能满足其极化要求，因此研制压电纤维批量极化系统已成为一项值得研究的必须技术。

公开号为CN102610741A的发明专利批露了一种压电极化装置及方法，包括极化主机，极化油槽，极化夹具等，该装置及方法只适用于一般的压电材料极化，并不适合压电纤维的极化，其夹具也未加特别说明。公开号为CN105845820A的发明专利披露了一种压电陶瓷极化装置，包括第一底座、第Ⅱ底座和多组极化组件。该装置适用于压电片等压电陶瓷材料的极化，由于压电纤维具有细长结构，采用该装置进行装夹，压电纤维容易折断，不利于批量极化，且该专利只涉及装夹装置，并未涉及整个极化系统的其他方面。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是提供一种结构简单、操作方便、自动化程度高，且能够适用于细长型结构的压电纤维极化系统及方法。

本发明采用的技术方案是：一种压电纤维极化系统，包括极化装置、极化池及控制单元；所述的极化池包括油浴池、清洗池和烘干池；所述的油浴池内装有硅油，所述的清洗池内装有硅油清洗剂，所述的热风机装在烘干池的一侧壁上；所述的控制单元包括极化电压加载单元、热风机控制单元，极化电压加载单元与极化装置上压电纤维两端的电极连接；热风机控制单元与热风机连接。

上述的压电纤维极化系统中，所述的极化装置包括夹紧装置，所述的夹紧装置包括两电极、两固定块及固定座；两电极和两固定平行安装在固定座上，且位于同一直线上，两固定位于两电极之间；两固定块上分别设有多个小孔，两电极分别设有多个用于固定压电纤维的弹簧片。

上述的压电纤维极化系统中，所述的极化装置还包括横梁和滑块，所述的横梁中部设有导轨槽，滑块上设有凸台，凸台与导轨槽配合；所述的固定座上设有竖杆，竖杆穿过滑块，竖杆上设有多个销孔，一销孔内设有销轴，竖杆通过销轴固定在滑块上。

上述的压电纤维极化系统中，所述的固定座上设有导轨槽，所述的两电极和两固定块的顶部均设有凸台，凸台与导轨槽配合，两电极和两固定块能够沿导轨槽移动；两电极和两固定块上分别设有螺钉孔，通过紧定螺钉在固定座上定位。

上述的压电纤维极化系统中，所述的极化池、横梁、定位销、滑块、夹紧装置、固定块、固定座采用的材质为亚克力；电极的极板的材质为铝，弹簧片的材质为紫铜。

上述的压电纤维极化系统中，所述的极化池的油浴池底部设有加热装置，加热装置浸在硅油中；控制单元还包括温度控制单元；电加热装置与控制单元的温度控制单元相连。

上述的压电纤维极化系统中，所述的极化装置的横梁上设有红外传感器，红外传感器与控制单元的极化电压加载单元连接。

一种利用上述的压电纤维极化系统的压电纤维极化方法，包括如下步骤：

1）将压电纤维安装在极化装置上；

2）将压电纤维完全浸没在油浴池内的硅油中，根据压电纤维的长度X mm，以及公式：U=X×2确定极化电压U，单位为kv，开启极化控制单元的极化电压加载单元，对压电纤维极化；

3）将极化装置移入清洗池内清洗；

4）将极化装置移入洪干池中，开启控制单元的热风机控制单元，控制热风机25的热风量对压电纤维进行烘干处理，烘干时间为7-15min；

5）卸下烘干的压电纤维。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明主要由极化装置、极化池、控制单元组成，针对细长型结构的压电纤维设计了理想的装夹装置，对极化的硅油设计了加热装置，并对沾在压电纤维上的硅油进行清洗和烘干处理，大大的增强了压电纤维的极化效率和成品率本发明相比现有技术具有：

1)本发明的压电纤维极化系统结构简单，体积小，重量轻，安装方便；本发明使得压电纤维装夹方便；超高压极化下的绝缘效果好；

2)本发明的控制单元能够实时监测极化电压的加载并显示极化电压的数值；精确控制硅油加热温度并实时显示；使得本发明的自动化程度高，极化效率快，良品率高。

附图说明

图1为本发明的压电纤维极化系统的结构示意图。

图2为本发明的压电纤维极化系统的夹紧装置的结构示意图。

图3为本发明的压电纤维极化系统的滑块的结构示意图。

图4为本发明的压电纤维极化系统的电极的结构示意图。

图5为本发明的压电纤维极化系统的固定块的结构示意图。

图6为本发明的压电纤维极化系统的极化电压加载示意图。

图中：1—极化装置、2—极化池、3—控制单元、11—横梁、111—凹型导轨槽、12—定位销、13—滑块、131—凸台、132—方形孔、14—夹紧装置、141—紧定螺钉、142—电极I、1421—极板、14211—凸台、14212—螺钉孔、1422—固定螺钉、1423—弹簧片、143—压电纤维、144—固定块I、1441—螺钉孔、1442—凸台、145—固定座、1451—凹型导轨槽、146—固定块Ⅱ、147—电极Ⅱ、15—红外传感器、21—油浴池、22—加热装置、23—清洗池、24—烘干池、25—热风机、31—电极正电缆、32—加热电缆、33—电极负电缆、34—极化电压加载单元、35—红外传感器电缆、36—温度控制单元、37—热风机控制单元、38—热风机控制电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-6所示，本发明的压电纤维极化系统包括极化装置1、极化池2、控制单元3及红外传感器；极化装置1置于极化池2正上方，所述的极化池2包括油浴池21、加热装置22、清洗池23、烘干池24和热风机25，所述的油浴池21内装有硅油，所述的加热装置22固定在油浴池21底部，浸在硅油中，所述的清洗池23内装有硅油清洗剂，所述的热风机25装在烘干池24的右侧。

所述的控制单元3包括极化电压加载单元34、温度控制单元36、热风机控制单元37，极化电压加载单元34与极化装置1上压电纤维两端的正负极连接。温度控制单元36通过加热电缆32与油浴池21内的加热装置22连接，通过红外传感器电缆35与红外传感器15相连，所述的红外传感器能够测量油浴池21内硅油的温度。热风机控制单元37通过热风机控制电缆38与热风机25连接，热风机25提供热风，对压电纤维进行烘干。

如图2所示，所述的极化装置1包括横梁11、定位销12、滑块13、夹紧装置14和红外传感器15；所述的横梁11中部设有导轨槽111，滑块13上设有凸台131，凸台131与导轨槽111配合，滑块13能够沿着导轨槽11移动。所述的滑块13中部有方形通孔132，用于与夹紧装置14连接。

所述的夹紧装置14包括紧定螺钉141、电极I142、压电纤维143、固定块I144、固定座145、固定块Ⅱ146、电极Ⅱ147。所述的固定座145的两端分别设有导轨槽1451。所述的电极I142顶部设有凸台14211，凸台14211与固定座145的左端的导轨槽1451配合；电极I142能够沿导轨槽1451移动。

所述的固定块I144顶部设有凸台1442，凸台1442与固定座145上左端的导轨槽1451配合，固定块I144能够沿导轨槽1451移动。所述的固定块Ⅱ146顶部设有凸台1442，凸台1442与固定座145上右端的导轨槽1451配合，固定块Ⅱ146能够沿导轨槽1451移动。所述的电极Ⅱ147 顶部设有凸台，凸台与固定座145上右端的导轨槽1451配合，电极Ⅱ147能够沿导轨槽1451移动。固电极I142、定块I144和固定块Ⅱ146、电极Ⅱ147位于同I直线上，定块I144和固定块Ⅱ146位于电极I142和电极Ⅱ147之间。所述的电极I142和电极Ⅱ147通过螺钉孔14212，通过紧定螺钉141在固定座上定位。固定块I144和固定块Ⅱ146上设有螺钉孔1441，通过紧定螺钉141在固定座145上定位。

所述的固定块I144和固定块Ⅱ146上分别设有多个小孔1443，电极I142和电极Ⅱ147相对的面上别设有多个用于固定压电纤维的弹簧片1423。压电纤维143穿过固定块I144和固定块Ⅱ146的小孔1443，由电极I 142和电极Ⅱ147的弹簧片 1423加紧固定。所述的固定座145上设有竖杆，竖杆穿过滑块13中部的通孔132，竖杆上设有多个销孔1452，一销孔1452内设有销轴，竖杆通过销轴固定在滑块13上。所述的红外传感器15固定在横梁11上。

所述的极化池2、横梁11、定位销12、滑块13、夹紧装置14、固定块I 144、固定座145、固定块Ⅱ 146材质为亚克力，电极I 142和电极Ⅱ147的极板1421材质为铝，弹簧片1423材质为紫铜。

本发明的压电纤维极化方法，包括如下步骤：

1）压电纤维安装：①夹紧装置14的固定座145上的竖杆上拉至最高位置，定位销12穿过定位孔1452卡住夹紧装置14在滑块13上；②固定块I144的凸台1442嵌入固定座145的左凹型导轨槽1451内，固定块Ⅱ146的凸台1442嵌入固定座145的右凹型导轨槽1451内，8根压电纤维143分别穿过固定块I144、固定块Ⅱ146的小孔1443，悬挂在固定块I144、固定块Ⅱ146上，通过紧定螺钉141在固定座145上紧固固定块I 144和固定块Ⅱ146；③电极I142的凸台14211嵌入固定座145的左凹型导轨槽1451内，弹簧片1423与压电纤维143的左端相接触，紧定螺钉141过电极I142的紧定螺纹孔14212固定电极I142在固定座145上；电极Ⅱ147的凸台14211套入固定座145的右凹型导轨槽1451内，弹簧片1423与压电纤维143的右端相接触，用力轻微向左推电极Ⅱ147，弹簧片1423与压电纤维143的右端相接触后有稍许变形，紧定螺钉141过电极Ⅱ147的紧定螺纹孔14212固定电极Ⅱ147在固定座145上。

2）压电纤维极化：在步骤1）完毕后，拔出固定座145竖杆上的销孔1452内的定位销12，下降夹紧装置14，压电纤维143完全浸没在油浴池21内的硅油中，定位销12插入固定座145竖杆上的销孔1452内固定紧装置14在滑块13上；开启极化控制单元3的温度控制单元36，将油浴池21内的硅油加热并保持在180℃，温度控制单元36显示加热温度；根据压电纤维143长度X（mm），以及公式U（kV）= X（mm）×2（kV/mm）确定极化电压U参数，开启极化控制单元3的极化电压加载单元34，极化电压按图6控制方式加载。极化完毕，关闭温度控制单元36和极化电压加载单元34。

3）压电纤维清洗：在步骤2）完毕后，拔出固定座145竖杆上的销孔1452内的定位销12，上升夹紧装置14至最高处，定位销12插入固定座145竖杆上的销孔1452内固定紧装置14在滑块13上；沿横梁11的凹型导轨槽111移动滑块13，在移动过程中，红外传感器15感应到滑块13，位置信号经红外传感器电缆35传输到极化电压加载单元34，关闭温度控制单元36和极化电压加载单元34，防止高压电在清洗池23内导电发生事故。当夹紧装置14对准极化池2的清洗池23，拔出固定座145竖杆上的销孔1452内的定位销12，下降夹紧装置14，压电纤维143完全浸没在清洗池23内的硅油清洗剂中，定位销12插入固定座145竖杆上的销孔1452内固定紧装置14在滑块13上；压电纤维143在硅油清洗剂中浸泡半个小时左右。

4）压电纤维烘干：在步骤3）完毕后，拔出固定座145竖杆上的销孔1452内的定位销12，上升夹紧装置14至最高处，定位销12插入固定座145竖杆上的销孔1452内固定紧装置14在滑块13上；沿横梁11的凹型导轨槽111移动滑块13，夹紧装置14对准极化池2的烘干池24，拔出固定座145竖杆上的销孔1452内的定位销12，下降夹紧装置14，压电纤维143与热风机25处于同一水平面，定位销12插入固定座145竖杆上的销孔1452内固定紧装置14在滑块13上；开启控制单元3的热风机控制单元37，控制热风机25的热风量对压电纤维143进行烘干处理，烘干时间为7-15分钟。

5）压电纤维卸取：在步骤4）完毕后，拔出固定座145竖杆上的销孔1452内的定位销12，上升夹紧装置14至最高处，定位销12插入固定座145竖杆上的销孔1452内固定紧装置14在滑块13上；松开电极Ⅱ147的紧定螺钉141，沿固定座145的凹型导轨槽1451取下电极Ⅱ147；取出已极化好的压电纤维143收藏备用。

Claims (8)

1.一种压电纤维极化系统，其特征是：包括极化装置、极化池及控制单元；所述的极化池包括油浴池、清洗池和烘干池；所述的油浴池内装有硅油，所述的清洗池内装有硅油清洗剂，所述的热风机装在烘干池的一侧壁上；所述的控制单元包括极化电压加载单元、热风机控制单元，极化电压加载单元与极化装置上压电纤维两端的电极连接；热风机控制单元与热风机连接。

2.根据权利要求1所述的压电纤维极化系统，其特征是：所述的极化装置包括夹紧装置，所述的夹紧装置包括两电极、两固定块及固定座；两电极和两固定平行安装在固定座上，且位于同一直线上，两固定位于两电极之间；两固定块上分别设有多个小孔，两电极分别设有多个用于固定压电纤维的弹簧片。

3.根据权利要求2所述的压电纤维极化系统，其特征是：所述的极化装置还包括横梁和滑块，所述的横梁中部设有导轨槽，滑块上设有凸台，凸台与导轨槽配合；所述的固定座上设有竖杆，竖杆穿过滑块，竖杆上设有多个销孔，一销孔内设有销轴，竖杆通过销轴固定在滑块上。

4.根据权利要求2所述的压电纤维极化系统，其特征是：所述的固定座上设有导轨槽，所述的两电极和两固定块的顶部均设有凸台，凸台与导轨槽配合，两电极和两固定块能够沿导轨槽移动；两电极和两固定块上分别设有螺钉孔，通过紧定螺钉在固定座上定位。

5.根据权利要求2所述的压电纤维极化系统，其特征是：所述的极化池、横梁、定位销、滑块、夹紧装置、固定块、固定座采用的材质为亚克力；电极的极板的材质为铝，弹簧片的材质为紫铜。

6.根据权利要求1所述的压电纤维极化系统，其特征是：所述的极化池的油浴池底部设有加热装置，加热装置浸在硅油中；控制单元还包括温度控制单元；电加热装置与控制单元的温度控制单元相连。

7.根据权利要求3所述的压电纤维极化系统，其特征是：所述的极化装置的横梁上设有红外传感器，红外传感器与控制单元的极化电压加载单元连接。

8.一种利用权利要求1-7中任一权利要求所述的压电纤维极化系统的压电纤维极化方法，包括如下步骤：

1）将压电纤维安装在极化装置上；

2）将压电纤维完全浸没在油浴池内的硅油中，根据压电纤维的长度X mm，以及公式：U=X×2确定极化电压U，单位为kv，开启极化控制单元的极化电压加载单元，对压电纤维极化；

3）将极化装置移入清洗池内清洗；

4）将极化装置移入洪干池中，开启控制单元的热风机控制单元，控制热风机25的热风量对压电纤维进行烘干处理，烘干时间为7-15min；

5）卸下烘干的压电纤维。