壓電陶瓷微小位移的測量裝置

　　壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無機(jī)非金屬材料，壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將極其微弱的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成電信號，可用于聲吶系統(tǒng)、氣象探測、遙測環(huán)境保護(hù)、家用電器等等。壓電陶瓷經(jīng)過電壓驅(qū)動后，會發(fā)生微小位移，為了檢測壓電陶瓷的性能，通常需要檢測在不同電壓情況下，壓電陶瓷所產(chǎn)生的微位移大小，傳統(tǒng)的壓電陶瓷位移測量方法有兩種，分別是機(jī)械測量法和電渦流位移計(jì)法，其中，機(jī)械測量法在測量位移時(shí)，相對誤差比較大、操作復(fù)雜，而電渦流位移計(jì)測量法，受電磁干擾影響比較大。

　　為了解決上述技術(shù)問題，使壓電陶瓷位移測量更加精準(zhǔn)，在通過大量的實(shí)驗(yàn)積累和測試、進(jìn)一步改進(jìn)后得到了一種方便操作、誤差小的測量壓電陶瓷微小位移的裝置。

　　這種測量壓電陶瓷微小位移的裝置，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、電壓放大器、壓電陶瓷和相移干涉裝置。計(jì)算機(jī)通過控制數(shù)據(jù)采集卡輸出范圍在0V至5V內(nèi)的線性電壓，顯然的，也可以是非線性電壓，然后通過電壓放大器將電壓放大以驅(qū)動壓電陶瓷的運(yùn)動，本優(yōu)選電壓放大器為40倍電壓放大器，壓電陶瓷位移使得相移干涉裝置中的光路產(chǎn)生相移，CCD圖像傳感器采集相移干涉圖像傳給計(jì)算機(jī)處理。將采集的相移干涉圖中干涉圖之間的相移量提取，提取相移干涉條紋圖中中心圓區(qū)域不足一個(gè)條紋的數(shù)據(jù)，設(shè)該數(shù)據(jù)共包括T個(gè)像素點(diǎn)，并對T個(gè)像素點(diǎn)的光強(qiáng)數(shù)據(jù)作求和處理。

　　下面圖為這種測量壓電陶瓷微小位移的裝置的示意圖：


　　圖1是這種測量壓電陶瓷微小位移的裝置結(jié)構(gòu)示意圖


　　圖2是這種測量壓電陶瓷微小位移的裝置相移干涉裝置結(jié)構(gòu)示意圖


　　圖3是CCD圖像傳感器采集的相移干涉條紋圖


　　圖4（a）是相移干涉條紋圖中心圓光強(qiáng)數(shù)據(jù)分布圖


　　圖4（b）是壓電陶瓷產(chǎn)生位移的運(yùn)動軌跡圖

　　這種測量壓電陶瓷微小位移的裝置，運(yùn)用相移干涉原理進(jìn)行光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過相移干涉裝置采集相移干涉圖數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)處理得到壓電陶瓷微小位移，結(jié)構(gòu)簡單、安裝和使用方便，測量精度高，提高了測量的精確度和工作效率。