TWM614893U - 壓電係數量測設備 - Google Patents

Abstract

一種壓電係數量測設備，包含固定夾具、上電極、量測模組、下電極、馬達、以及觸發器。上電極設於固定夾具之底部。量測模組設於上電極之下方，且可相對於上電極上下震動。下電極設於量測模組上，且與上電極相對。上電極與下電極分別配置以抵住樣品之上表面與承托樣品之下表面，且上電極與下電極更配置以在量測模組震動時接收樣品所產生之電壓。馬達透過聯軸器與固定夾具連接。馬達配置以透過聯軸器驅動固定夾具朝下電極移動，直至上電極抵住樣品之上表面。觸發器配置以觸發馬達。量測模組配置以接收電壓，並根據電壓計算出樣品之壓電係數。

Description

壓電係數量測設備

本揭露是有關於一種壓電材料之量測技術，且特別是有關於一種壓電係數量測設備。

目前，最普遍的壓電係數量測法為直接量測方式，又稱為準靜態方法或Berlincourt方法。Berlincourt方法之壓電係數量測儀包含上電極、下電極、固定夾具與量測模組。上電極設於固定夾具之底部，下電極設於量測模組之頂部，其中上電極與下電極彼此相對。

進行樣品的壓電係數量測時，樣品夾設在上電極與下電極之間，固定夾具固定不動，量測模組則上下震動以帶動下電極對樣品施加震動力。具有壓電特性之樣品，尤其是壓電常數係數d33值的樣品在上表面與下表面之間產生電壓。再透過上電極與下電極來偵測電壓，並利用所偵測之電壓計算出樣品之壓電材料係數。

因此，本揭露之一目的就是在提供一種壓電係數量測設備，其固定夾具透過聯軸器與馬達連接，藉此可透過設定馬達的行程，使固定夾具進行可控的下壓動作，而可使各樣品之壓電係數的量測基準統一，並可確保量測精準度。

本揭露之另一目的就是在提供一種壓電係數量測設備，其可包含極限開關及/或定位感測器，可隨時定位固定夾具，因此可提升固定夾具之下壓動作的精準度。故，壓電係數量測設備可有效提升樣品之壓電係數值的量測精準度，且可避免損及軟性之壓電薄膜材料。

本揭露之又一目的就是在提供一種壓電係數量測設備，其可包含壓力感測器設於固定夾具與樣品之間，壓力感測器可將所量測到之樣品壓力訊號回饋使用者或馬達，藉以調整固定夾具的下壓位置，使量測時樣品所受到之壓力落在一預設範圍內。因此，可使量測基準一致化，並可有效避免損壞軟性之壓電薄膜材料。

根據本揭露之上述目的，提出一種壓電係數量測設備。此壓電係數量測設備包含固定夾具、上電極、量測模組、下電極、馬達、以及觸發器。上電極設於固定夾具之底部。量測模組設於上電極之下方，且可相對於上電極上下震動。下電極設於量測模組上，且與上電極相對。上電極與下電極分別配置以抵住樣品之上表面與承托樣品之下表面，且上電極與下電極更配置以在量測模組震動時接收樣品所產生之電壓。馬達透過聯軸器與固定夾具連接。馬達配置以透過聯軸器驅動固定夾具朝下電極移動，直至上電極抵住樣品之上表面。觸發器配置以觸發馬達。量測模組配置以接收電壓，並根據電壓計算出樣品之壓電係數。

依據本揭露之一實施例，上述之壓電係數量測設備更包含極限開關。此極限開關配置以控制固定夾具在第一高度位置與第二高度位置之間移動，固定夾具在第二高度位置時，上電極鄰近或抵住樣品之上表面。

依據本揭露之一實施例，上述之壓電係數量測設備更包含定位感測器。此定位感測器配置以感測固定夾具之下壓路徑。

依據本揭露之一實施例，上述之壓電係數量測設備更包含處理器。此處理器與定位感測器訊號連接。此處理器配置以根據定位感測器之感測結果控制馬達的運作，藉以調整固定夾具之下壓路徑，以確保量測模組震動時樣品所受到之壓力落在一預設範圍內。

依據本揭露之一實施例，上述之壓電係數量測設備更包含壓力感測器以及處理器。壓力感測器設於上電極之底部，且配置以感測量測模組震動時樣品所受到之壓力。處理器與壓力感測器訊號連接，且配置以根據壓力感測器所感測到之壓力之訊號調整馬達之運作，以確保壓力落在一預設範圍內。

依據本揭露之一實施例，上述之壓電係數量測設備更包含極限開關。極限開關配置以控制固定夾具在第一高度位置與第二高度位置之間移動，固定夾具在第二高度位置時，上電極鄰近或抵住樣品之該上表面。

依據本揭露之一實施例，上述之壓電係數量測設備更包含定位感測器。此定位感測器配置以感測固定夾具之下壓路徑。處理器與此定位感測器訊號連接。處理器配置以根據定位感測器之感測結果控制馬達的運作，藉以調整固定夾具之下壓路徑，以確保量測模組震動時樣品所受到之壓力落在一預設範圍內。

依據本揭露之一實施例，上述之量測模組包含顯示裝置，此顯示裝置配置以顯示壓電係數。

依據本揭露之一實施例，上述之量測模組包含震動器。此震動器配置以使量測模組相對於上電極上下震動。

依據本揭露之一實施例，上述之觸發器包含按鈕或腳踏板。

發明人利用目前的壓電係數量測儀實際進行量測時發現，若固定夾具的力度過高，會影響軟性樣品的結構，甚至造成樣品永久性的變形。而若固定夾具太鬆，所測得之壓電係數d33的讀值不穩定，甚至無讀值。此外，對於軟性樣品，固定夾具之壓力度會影響樣品之壓電常數d33的讀值，因此為了確保壓電係數量測儀器的精密度，每一次量測的施壓力度必須落在一定範圍內。然而，目前係以人工操作來進行量測，無法對樣品施加固定之施壓力度。

上述之問題對於樣品之壓電係數的量測準確度與精準度影響頗大，特別是在軟性壓電薄膜材料之壓電係數的量測上。有鑑於此，本揭露在此提出一種壓電係數量測設備，可有效提升樣品之壓電係數值，例如壓電係數值d33的量測精準度，且可避免損及軟性之壓電薄膜材料。

請參照圖1，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種壓電係數量測設備的裝置示意圖。壓電係數量測設備100主要可包含固定夾具110、上電極120、量測模組130、下電極140、馬達150、以及觸發器160。壓電係數量測設備100可用以對樣品170進行壓電係數值，例如d33值的量測。

固定夾具110可在樣品170進行壓電係數的量測時固定待量測壓電係數之樣品170。亦即，量測樣品170之壓電係數時，固定夾具110下降到預設位置時，便靜止不動，以固定樣品170。

上電極120可設於固定夾具110之底部112。固定夾具110的移動可帶動上電極120。量測時，固定夾具110帶動上電極120下降至樣品170之上表面172上方，並使上電極120抵住樣品170之上表面172。

量測模組130設於上電極120之下方。量測模組130亦位於樣品170之下表面174下方，即上電極120與量測模組130分別位於樣品170之相對二側。下電極140設於量測模組130上，且與上電極120彼此相對。下電極140可承托樣品170之下表面174，因此上電極120與下電極140分別位於樣品170之相對二側。

量測模組130可相對於上電極120上下震動。在一些例子中，量測模組130包含震動器132。震動器132可震動，而使得量測模組130可相對於上電極120上下震動。量測模組130上下震動時，也會帶動其上之下電極140、以及下電極140所承托之樣品170相對於上電極120上下震動。樣品170在相對於上電極120震動時，樣品170之上表面172會抵壓上電極120，因此上電極120與下電極140會對樣品170施加壓力。樣品170受到上電極120與下電極140的施壓時，會對應產生電壓。上電極120與下電極140可接收樣品170所產生之電壓。

量測模組130與上電極120及下電極140電性連接，且可從上電極120與下電極140傳來之電壓。量測模組130可根據所接收到的電壓計算出此樣品170的壓電係數。在一些例子中，於每次量測時，樣品170因震動關係會產生多次的電壓值，而量測模組130可先計算這些電壓值的平均值，再利用電壓平均值來進行樣品170之壓電係數的計算。

馬達150可透過聯軸器180與固定夾具110連接。馬達150配置以透過聯軸器180來驅動固定夾具110，藉以使固定夾具110相對於下電極140上下移動。在一些例子中，進行量測時，先利用馬達150透過聯軸器180驅動固定夾具110朝下電極140移動，直至上電極120抵住樣品170之上表面172。觸發器170可用以觸發馬達150，操作者可透過觸發器170來觸發馬達150運轉。舉例而言，觸發器170可例如為按鈕或腳踏板等啟動裝置。

在本實施方式中，可透過設定馬達150的行程，使固定夾具140進行可控的下壓動作，藉此可使各樣品170之壓電係數的量測基準一致化，進而可確保量測精準度。這些樣品170可為相同樣品170，或者可為厚度不同的樣品170。

在一些示範例子中，量測模組130更包含顯示裝置134。量測模組130計算出樣品170之壓電係數後，可透過顯示裝置134顯示壓電係數。操作者直接觀看顯示裝置134的螢幕，可即時得知樣品170之壓電係數。

在一些例子中，壓電係數量測設備100更可包含極限開關。極限開關可例如控制固定夾具110在二位置之間移動。在一些示範例子中，極限開關可將固定夾具110控制在第一高度位置與第二高度位置之間移動。固定夾具110在第二高度位置時，上電極120可例如鄰近或抵住樣品170之上表面172。

由於極限開關可定位固定夾具110，因此可進一步提升固定夾具110之下壓動作的精準度。藉此，壓電係數量測設備100不僅可更有效地提升樣品170之壓電係數值的量測精準度，更可避免損及軟性材質的樣品170。

在一些例子中，壓電係數量測設備100更可包含定位感測器190。定位感測器190鄰設於固定夾具110、上電極120、與下電極140之一側。定位感測器190配置以在固定夾具110相對於下電極140上下移動時感測固定夾具110之路徑。因此，定位感測器190可即時感測固定夾具110之下壓路徑。

壓電係數量測設備100更可包含處理器200。處理器200可利用有線傳輸或無線傳輸的方式與定位感測器190訊號連接。壓電係數量測設備100可同時與馬達150電性連接，而可控制馬達150的運作。處理器200可即時接收定位感測器190所傳來之固定夾具110之路徑，例如下壓路徑的感測結果。接著，處理器200可根據此感測結果來控制馬達150的運作，而即時調整固定夾具110的下壓路徑，藉此可確保量測模組130震動時，樣品170所受到的壓力落在一預設範圍內。因此，壓電係數量測設備100不僅可隨時定位固定夾具110，提升固定夾具110之下壓動作的精準度，避免損及軟性材質的樣品170，更可統一各樣品170之壓電係數的量測基準，進一步提升樣品170之壓電係數值的量測精準度。

在一些例子中，壓電係數量測設備100可包含壓力感測器210。壓力感測器210設於固定夾具110與樣品170之間。舉例而言，壓力感測器210可設於上電極120之底部122。壓力感測器210可用以感測量測模組130震動時，樣品170所受到之壓力。壓力感測器210可利用有線傳輸或無線傳輸的方式與處理器200訊號連接。藉此，壓力感測器210可將感測到之樣品170的壓力訊號傳送給處理器200。處理器200可根據所接收到之壓力訊號，調整馬達150之運作，藉以即時停止固定夾具110的下壓行程或增加固定夾具110的下壓行程，來確保樣品170在量測時所受到的壓力落在一預設範圍內。

因此，壓電係數量測設備100可隨時調整固定夾具110之下壓行程，而可提升固定夾具110之下壓動作的精準度，進而可避免損及軟性材質的樣品170，使各樣品170之壓電係數的量測基準一致性。故，可有效提升樣品170之壓電係數值的量測精準度。

在本揭露中，極限開關、定位感測器190、及壓力感測器210對於壓電係數量測設備100而言是選擇性的。在一些例子中，壓電係數量測設備100並未包含極限開關、定位感測器190、及壓力感測器210。在另一些例子中，壓電係數量測設備100可包含極限開關、定位感測器190、或壓力感測器210。在又一些例子中，壓電係數量測設備100可同時包含極限開關與定位感測器190，以供操作者選用。壓電係數量測設備100可包含極限開關與定位感測器190之其中一種，以及壓力感測器210。或者，壓電係數量測設備100可同時包含極限開關、定位感測器190、及壓力感測器210。

由上述之實施方式可知，本揭露之一優點就是因為本揭露之壓電係數量測設備的固定夾具透過聯軸器與馬達連接，藉此可透過設定馬達的行程，使固定夾具進行可控的下壓動作，而可使各樣品之壓電係數的量測基準統一，並可確保量測精準度。

本揭露之另一優點就是因為本揭露之另一優點就是因為本揭露之壓電係數量測設備可包含極限開關及/或定位感測器，可隨時定位固定夾具，因此可提升固定夾具之下壓動作的精準度。故，壓電係數量測設備可有效提升樣品之壓電係數值的量測精準度，且可避免損及軟性之壓電薄膜材料。

本揭露之又一優點就是因為本揭露之另一優點就是因為本揭露之壓電係數量測設備可包含壓力感測器設於固定夾具與樣品之間，壓力感測器可將所量測到之樣品壓力訊號回饋使用者或馬達，藉以調整固定夾具的下壓位置，使量測時樣品所受到之壓力落在一預設範圍內。因此，可使量測基準一致化，並可有效避免損壞軟性之壓電薄膜材料。

雖然本揭露已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:壓電係數量測設備 110:固定夾具 112:底部 120:上電極 122:底部 130:量測模組 132:震動器 134:顯示裝置 140:下電極 150:馬達 160:觸發器 170:樣品 172:上表面 174:下表面 180:聯軸器 190:定位感測器 200:處理器 210:壓力感測器

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： ［圖1］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種壓電係數量測設備的裝置示意圖。

100:壓電係數量測設備

110:固定夾具

112:底部

120:上電極

122:底部

130:量測模組

132:震動器

134:顯示裝置

140:下電極

150:馬達

160:觸發器

170:樣品

172:上表面

174:下表面

180:聯軸器

190:定位感測器

200:處理器

210:壓力感測器

Claims (10)

1. 一種壓電係數量測設備，包含： 一固定夾具； 一上電極，設於該固定夾具之一底部； 一量測模組，設於該上電極之下方，且可相對於該上電極上下震動； 一下電極，設於該量測模組上，且與該上電極相對，其中該上電極與該下電極分別配置以抵住一樣品之一上表面與承托該樣品之一下表面，且該上電極與該下電極更配置以在該量測模組震動時接收該樣品所產生之一電壓； 一馬達，透過一聯軸器與該固定夾具連接，其中該馬達配置以透過該聯軸器驅動該固定夾具朝該下電極移動，直至該上電極抵住該樣品之該上表面；以及 一觸發器，配置以觸發該馬達， 其中該量測模組配置以接收該電壓，並根據該電壓計算出該樣品之一壓電係數。
2. 如請求項1所述之壓電係數量測設備，更包含一極限開關，其中該極限開關配置以控制該固定夾具在一第一高度位置與一第二高度位置之間移動，該固定夾具在該第二高度位置時，該上電極鄰近或抵住該樣品之該上表面。
3. 如請求項1所述之壓電係數量測設備，更包含一定位感測器，其中該定位感測器配置以感測該固定夾具之一下壓路徑。
4. 如請求項3所述之壓電係數量測設備，更包含一處理器，與該定位感測器訊號連接，其中該處理器配置以根據該定位感測器之一感測結果控制該馬達的運作，藉以調整該固定夾具之該下壓路徑，以確保該量測模組震動時該樣品所受到之一壓力落在一預設範圍內。
5. 如請求項1所述之壓電係數量測設備，更包含： 一壓力感測器，設於該上電極之一底部，且配置以感測該量測模組震動時該樣品所受到之一壓力；以及 一處理器，與該壓力感測器訊號連接，且配置以根據該壓力感測器所感測到之該壓力之一訊號調整該馬達之運作，以確保該壓力落在一預設範圍內。
6. 如請求項5所述之壓電係數量測設備，更包含一極限開關，其中該極限開關配置以控制該固定夾具在一第一高度位置與一第二高度位置之間移動，該固定夾具在該第二高度位置時，該上電極鄰近或抵住該樣品之該上表面。
7. 如請求項5所述之壓電係數量測設備，更包含一定位感測器，其中該定位感測器配置以感測該固定夾具之一下壓路徑，且該處理器與該定位感測器訊號連接，該處理器配置以根據該定位感測器之一感測結果控制該馬達的運作，藉以調整該固定夾具之該下壓路徑，以確保該量測模組震動時該樣品所受到之一壓力落在一預設範圍內。
8. 如請求項1所述之壓電係數量測設備，其中該量測模組包含一顯示裝置，該顯示裝置配置以顯示該壓電係數。
9. 如請求項1所述之壓電係數量測設備，其中該量測模組包含一震動器，該震動器配置以使該量測模組相對於該上電極上下震動。
10. 如請求項1所述之壓電係數量測設備，其中該觸發器包含一按鈕或一腳踏板。

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