Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania wspólczynnika sprzezenia elek¬ tromechanicznego elementów piezoelektrycznych, stosowany zwlaszcza w kontroli spolaryzowanych elemen/tów piezoceramiaznych oraz niespolaryzowa- 5 nych elementów piezoceramicznych w czasie pro¬ cesu wytwarzania.Stan techniki. W dotychczasowych badaniach ele¬ mentów piezoceramicznych stosuje sie sposoby re¬ zonansowe okreslantia parametrów sluzacych do 10 obliczen stalych materialowych. Parametrami mie¬ rzonymi elementów piezoceramicznych sa czestotli¬ wosc rezonansu drgan radialnych, czestotliwosc re¬ zonansu dla drgan grubosciowych, czestotliwosc antyrezonansu drgan grubosciowych i radialnych 15 oraz pojemnosc elektryczna i kat stratnosci.Czestotliwosc rezonansu dla drgan radialnych i grubosciowych oraz antyrezonamsu wyznacza sie w ukladzie elektrycznym wyposazonym w genera¬ tor przebiegów sinusoidalnych, na wyjsciu którego 20 wlaczone sa oporowy dzielnik napiecia wraz z ele¬ mentem piezoceramiicznym.Spadek napiecia' w chwali rezonansu jest obrazo¬ wany na oscyloskopie i z licznika czestotliwosci odczytuje sie czestotliwosc rezonansowa. Nastepnie 25 z wykresu fa-^-) 100* gdzie: kp — wspólczynnik sprzezenia elektrome¬ chanicznego dla drgan radiowych, fa — czestotli- 30 kp=t (- wosc antyrezopansowa dla drgan radialnych fr — czestotliwosc rezonansu dla drgan radialnych, wy¬ znacza sie jeden ze wsipólczyiuników kf charakte¬ ryzujacy wlasnosci piezoelektryczne materialu ele¬ mentu piezocerarnicizaiego.W podobny sposób wyznacza sie wspólczynnik kp sprzezenia elektrtomechainlcznego dla drgan gru- bosckwych. - Znany jesi równiez sposób wyznaczania petli histerezy ferroelektrycznej elementu piezoelektrycz¬ nego w ukladzie elektrycznym Soyetra-Tovera, skla¬ dajacym sie z generatora pradu przemiennego, na wyjsciu którego wsaczony jest równolegle1 opornik regulacyjny oraiz kondensator wzorcowy polaczony szeregowo z elementem piezoelektrycznym. Petle histerezy obserwuje sie na ekranie oscyloskopu lub rejestratora x--y, wlaczonego na Wyjsciu ukladu.Istota wynalazku. Sposób, wedlug wynalazku, w którym wartosc wspólczynnika sprzezenia elektro¬ mechanicznego wyznacza sie na podstawie petli histerezy ferroelektrycznej elementu piezoelektrycz¬ nego, wyznaczonej w ukladzie elektrycznym wy¬ posazonym w gjenerator pradu przemiennego oraz oscyloskop, wzgledem wspólrzednych polaryzacji i natezenia pola elektrycznego, polega na tym, ze wyznacza Sie petle histerezy ferroelektrycznej ele¬ mentu piezoelektrycznego za pomoca oscyloskopu i okresla sie z petli histerezy wartosci ekstremalne dodatnie i ujemne polaryzacji remainencji, zas ze stosunku ujemnej wartosci polaryzacji remanencji 130 1743 130 174 4 do dodatniej wartosci polaryzacji remanencji wy¬ znacza saa wspólczynnik sprzezenia elektromecha- ndccHiegD elemerutu piezoelektrycznego.Sposób zgodnie z wynalazkiem umozliwia okres¬ lenie wiekszej liczby parametrów piezoelektrycz¬ nych na jednym stanowisku pomiarowym.I Przez analizowanie ksztaltu petli histerezy uzys¬ kuje -sie informacje o strukturze wewnetrznej ele¬ mentu piezoelektrycznego. Ponadto, sposób ten umozliwia w czasie procesu wytwarzania okreslenie wlasciwosci materialu • elementu piezoelektrycznego i przy'*zalozeniu miiniiimalnych wartosci polaryzacji remanencji, wyeliminowanie wadliwych elementów.Objasnienie rysunku. Przyklad stosowania spo¬ sobu jest blizej objasniony w oparciu o rysiunek pozwalajacy lepiej zrozumiec proces jego stosowa¬ nia, przedstawiajacy na fig. 1 uklad elektryczny Soyera-Tovera do zdejmowania petli histerezy fer^ roelektrycznej, zas na fig. 2 — petle histerezy ferroelektrycznej dla elementu piezoceramicznego spolaryzowanego, a na fig. 3 — zaleznosc wspól¬ czynnika sprzezenia elektromechanicznego od po¬ laryzacja remanencji.Przyklad wykonania. W przypadku elementów pie^oceramiczinych niesipolaryzowamych, wyznacza sie w ukladzie pokazanym na fig. 1 rysunku petle histerezy ferroelektrycznej pokazana na fig. 2 ry¬ sunku, która obserwuje sie na ekranie oscylosko¬ pu Os.Uklad uwidoczniony na fig. 1 rysunku sklada sie z generatora pradu przemiennego G, na wyjsciu którego wlaczony jest opornik regulacyjny R oraz kondensator wzorcowy Cw polaczony szeregowo z elemenitem piezoceramiicznym o pojemnosci Cf.Na wyjsciu ukladu wlaczony jest oscyloskop Os.Dla elementów pdezioceramicznych niespolaryzo- wanych, petla histerezy jest symetryczna, wówczas w celu okreslenia wlasciwosci elementu piezocera- micznego w procesie jego wytwarizania ustala sie wartosci minimalne dodatnie i ujemne polaryzacji remainencii + Pr min i ~ Pr min, ponizej których to wartosci elementy ceramiczne sa wadliwe.Dla próbki elementu pieac-ceramicznego z tyta¬ nianu— cyrkoniainu-r olowiu polaryzacja rema¬ nencji minimalna ± Pr wymosi 30 C/cm2. Przy nate¬ zeniu pola elektrycznego ± 2,5 kV/mm, uzyskuje sie wartosc polaryzacji remanencji ± Pr = 35 juC/cm2, wówczas próbka ta kierowana jest racji procesu technologicznego. Jesli wartosc pola¬ ryzacji ttomanencii ± Pr wyznacaomej przez ksztalt petH histerezy ferroelektryczinej, uwidocznionej na fig. 2 rysunku wynosi 20 jll C/cm2, wówczas próbka jest zla i nie jest poddawana obróbce dalszego pro¬ cesu technologicznego.W przypadku wyznaczenia wspólczynnika sprze¬ zenia elektromechanicznego elementu spolaryzowa- nego, petla histerezy uzyskana na ekranie oscylosko¬ pu Os jest niesymetryczna, wówczas wyznacza sie wspólczynnik sprzezenia elektromechanicznego kp z wykresu — te-) uwidocznionego na fig. 3 rysunku, który sporza¬ dzony jest dla jednego rodzaju materialu elementu 10 piezoceraimicznego, rejestrujac dwa przebiegi petli histerezy uwidocziniionej na fig. 2 rysunku, dla war¬ tosci ekstremalnych piezoelektrycznych.Dla próbki elementu piezoceraimicznego spola¬ ryzowanego z tytanianu — cyrkonianu — olowiu, jj sporzadza sie wykres "-' (t£) na podstawie stosunku polaryzacji remanencji dla jednej petli histerezy oraz stosunku polaryzacji remanencji i p-. =1,1 dla drugiej petli 25 histerezy i wykresla sie prosta laczaca naniesione na wykres wartosci stosunków polaryzacji rema¬ nencji okreslona zaleznoscia: — Pr , kp = 032 + pr +0,08 30 z której wyznacza sie wspólczynnik sprzezenia elektromechanicznego graficznie przedstawiony na fig. 3 rysunku.Wartosci polaryzacji remanencji + Pr i — Pr 3_ wyznacza sie ze wspólrzednych P — polaryzacja w ^uC/cm2 oraz natezenia pola elektrycznego E w kV/mm, na które naniesiona jest petla histerezy ferroelektrycznej.Zastrzezenie patentowe 40 Sposób wyznaczania wspólczynnika sprzezenia elektromechanicznego elementów piezoelektrycz¬ nych na podstawie petli histerezy ferroelektrycznej wyznaczonej wzgledem wspólrzednych polaryzacji i natezenia pola elektrycznego z elementu piezo- « elektrycznego wlaczonego w ukladzie elektrycznym wyposazonym w generator pradu przemiennego oraz oscyloskop, znamienny tym, ze wyznacza sie petle histerezy ferroelektrycznej elementu piezo¬ elektrycznego za pomoca oscyloskopu (Os) i okresla M sie z petli histerezy wartosci ekstremalne dodatnie i ujemne polaryzacji remanencji (+ Pr) i (—¦ Pr), zas ze stosunku ujemnej wartosci polaryzacji re¬ manencji (— Pr) do dodatniej wartosci polaryzacji remanencji (+ Pr) wyznacza sie wspólczynnik 55 sprzezenia elektromechanicznego (kp) elementu piezoelektrycznego.130 174 FIG.1 + Prrm'n 40 i-25 y ~ Prmin J 4Pr 30 i i i 2b ^^— ! -Pr 2J5E[kV/mm] FIG.2 ] Kp=f[-Pr/+Pr ] | 055 0,50 OAS 0,40 1 1J 1,2 1,3 1,4 \-?£\ L+PrJ Fia3 PL