實驗名稱：多層陶瓷的振動性能研究

測試設備：電壓放大器、波形發生器、機械振動測試儀、激光發射器、計算機等。

實驗過程：

圖1：機械振動測試系統構造圖

壓電陶瓷在電場下的振動速度采用機械振動測試儀測試系統來分析得到，附帶激光發射器、減震平臺、波形發生器、高壓放大器、控制計算機等，其測試系統構造如圖1所示。

圖2：壓電陶瓷振動的時域信號和頻域信號

當在壓電材料中施加小信號的交變電場時，由于逆壓電效應，壓電材料會產生頻率相同的機械振動，利用機械測振儀可以測試出樣品的振動速度，以此來表征材料的動態響應特性。波形發生器輸入的電壓信號為正弦波，經高壓放大器放大200倍后施加在多層陶瓷上，采用時域顯示時，陶瓷得到的振動速度隨時間的變化為正弦波形，對時域信號進行傅里葉變換得到頻域信號，頻域信號表示的是不同頻率范圍下振速的幅值，由于機械振動的產生與輸入電壓信號頻率相同，相位滯后90°，因而幅頻曲線上只得到一個頻率的幅值。時域信號和頻域信號如圖2所示。

實驗結果：

圖3：不同電壓下多層陶瓷位振速的時域信號

圖3給出了不同輸入電壓下多層陶瓷振速的時域曲線，電壓信號的頻率均為100Hz。由圖可知，各曲線都呈現完美的正弦波形，說明樣品的振動受外界干擾較小，信噪比良好。隨著輸入電壓的增大，振動速度的幅值也逐漸增大，各個電壓下振速的最大值可以從圖4得出。當輸入電壓為320V時，多層陶瓷的振速最大為1.86mm/s。相同頻率時，電壓越大，單位時間內電壓的改變量也越大，導致陶瓷的位移變化率增大，振速隨之而增加。

圖4：多層陶瓷振速隨電壓的變化

圖5：不同頻率下多層陶瓷振速的時域信號

壓電材料的振速除了與輸入電壓的大小有關外，還受輸入電壓的頻率影響。圖5為不同頻率下多層陶瓷振速的時域曲線，其中輸入的電壓大小均為320V。由圖可知，陶瓷的振動速度隨著電壓頻率的上升逐漸增大。圖6為各個頻率下陶瓷振速的最大值，當電壓頻率為500Hz時，振速可以達到8.26mm/s。

圖6：多層陶瓷振速隨頻率的變化

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審核編輯 黃宇