Способ контроля степени заполяризованности пьезокерамических образцов Советский патент 1984 года по МПК H03H3/02 H01L41/18 

Изобретение относится к радиоэле ронной промышленности и может быть использовано при производстве изделий из пьезокерамики, например резо наторов, фильтров, гидроакустически антенн и т.д. Известен способ оценки степени заполяризованности пьезокерамики, заключающийся в измерении пьезомоду ля, в статическом режиме, при этом степень эаполяризованности пьезокерамики оценивается .путем измерения заряда на электродах образца в момент снятия механической нагрузки 1 Однако этот способ не пригоден для оценки заполяризованности образ цов в форме полусфер, конусов и т.д и связан с воздействие на изделие больших усилий. Наиболее близким к изобретению является способ контроля степени заполяризованности пьезокерамических образцов путем приложения к об-раздам переменного напряжения и регистрации электрических параметров С 2. Однако известным способом можно проводить измерения лишь на пьезоэлементах определенной формы и раз- меров« Кроме того, этот метод трудоемок и не удобен для контроля изделий при массовом производстве, так как требует измерения нескольки величин. Степень заполяризованности пьезоэлемента может быть измерена Takже по пиротоку при переходе через точку Кюри, по смещению .петли гисте резиса и т.д. Однако все эти методы ведут к полной или частичной рае поляризации изделия и поэтому практически не применяются. Целью изобретения является ускорение контроля и обеспечение возможности измерения на образцах любы форм и размеров. Указанная цель достигается тей, что согласно способу контроля степени заполяризованности пьезокерами ческих образцов путем приложения к образцам переменного напряжения и регистрации электрических парамет ров, измеряют амплитуду второй гарм ники напряжения в цепи образца, по значению которой судят о степени заполяризованности. На фиг.1 показана блок-схема установки для контроля степени запо 952 ляризованности предлагаемым способом; на фиг.2 - градуировочная кривая - зависимость амплитуды напряжения второй гармоники Vj от пьезомодуля jj для образца пьезокерамики. Установка Тфиг.1) включает генератор 1 синусоидальных колебаний, фильтр 2 нижних частот, измеряемый пьезокерамический образец 3, фильтр 4 верхних частот и индикатор 5. Генератор 1 должен иметь амплитуду выходного напряжения не менее 1-2 В и частоту СП 1 кГц - 1000 МГц (например, типа ГЗ-41, ГЗ-33, ГСС-6, Г4-31 и т.д.). Рабочая частота f выбирается, исходя из емкости изделий: например, при емкости 100 пФ-f 10 МГц, 1000 пФ ,1-10 МГц и т.д. Фильтр 2 низких частот должен пропускать без ослабления сигнал частоты генератора i и не пропускать гармоники 2 { , 3 { , имеюп91еся на выходе генератора. Пьезокерамический образец 3 включается на выходе фильтра 2 и на входе фильтра 4, Фильтр 4 верхних частот должен пропускать без ослабления сигнал второй гармоники с частотой 2 f и не пропускать основную частоту I на индикатор 5. В качестве индикатора используется селективный микровольтметр (например, Вб-1, В6-2), или измерительный приемник (например, П5-1, П5-2), настроейный на часТОТУС23 . Способ реализуют следующим образом. На пьезокерамический образец подают синусоидальное напряжение частотой f . Если образец незаподяризо-. ван, то в результате диэлектрической нелинейности будут генерироваться только нечетные гармоники 3- , 5{,..., так как зависимость емкости С от напряжения If симметрична относительно нуля. Заполяризованный пьезокерамический образец имеет максимз м емкости С не при ТУ 0 и генерирует как нечетные, так и четные гармоники. Амплитуда второй гармоники пропорциональна dC /dl/ и таким образом, пропорциональна остаточной поляризованности PQ, так как внутреннее напряжение смещения If пропорционально Pp. Заполяризованный пьезоэлемент генерирует ток второй гармоники, который проходит через фильтр 4 верхних частот и создает на сопротивлении нагрузки напряжение IJT , изме ряемое вольтметром. Амплитуда этого напряжения пропорциональна степени заполяризованности пьезокерамическог образца (фиг.2),

Измерения проводились на образцах пьезокерамики ЦТС-19.В виде дисков диаметром 10 мм и толщиной 1 мм. Генератор 1 .типа ГЗ-41 работает на частоте 13 МГц. Фильтр 2 нижних частот L С-типа имеет затухание на частоте f 13 МГц менее 2 дБ, а на частоте 2f 26 МГц - более 120 д Фильтр 4 верхних частот обладает затуханием более 100 дБ на частоте 13 МГц и усилением на 10 дБ при частоте 26 МГЦ. В качестве .индикатора используется резонансный микровольтметр Вб-1, настроенный на частоту 26 МГц.

Образцы пьезокерамики поляризуются в различных режимах; напряженност поляризующего злектрического поля меняется от 0,5 до 1,8 кВ/мм, температуре от комнатной до 150°С, время выдержки под напряжением 1 --60 мин.

Известным методом резонанса антирезонанса 1 измеряется пьезомодуль j образцов с разной степенью поляризованности. На каждом образце также измеряется амплитуда напряжения второй гармоники Z/j с использованием описанной установки (фиг.1). По значениям yi и 1/ строится градуировочная кривая дпя данной партии образцов (фиг.2). Результаты показывают, что напряжение второй гармоники прямо пропорционально пьезомодулю и может служить характеристикой степени заполяризованности образца.

Достринством предлагаемого способа является его исключительная простьта и универсальность. Для определения степени заполяризованности достаточно измерения одного параметра 1/4 , отсчитываемого непосредсвенно по шкале индикатора 5. На изделие при измерении воздействует лить слабое измерительное поле, не приводящее к располяризации.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ЗАПОПЯРИЗОВАННОСТИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ путем приложения к образцам переменного напряжения и .регистрации электрических параметров, отличающийся тем, что, с ЦЕЛЬЮ ускорения контроля и обеспечения возможности измерения на образцах любых форм и размеров, измеряют амплитуду второй гармоники напряжения в цепи образца, по значению которой судят о степени заполяризованности. .г

Иг,

ffiff

600