壓電常數(shù)測(cè)量意義

近年來(lái),常采用壓電陶瓷作為精密微調(diào)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)源。它在導(dǎo)彈、激光頻率調(diào)諧等方面都有廣泛的應(yīng)用 。

目前用在激光器上的壓電陶瓷有國(guó)盤、園筒、園盤疊堆和園形彎板等幾種。無(wú)論采用哪一種形式的壓電陶瓷，器件工作者最關(guān)心的是壓電常數(shù)，位移線性度和位移平行度。

由于壓電陶瓷的制造工藝復(fù)雜，質(zhì)量很難嚴(yán)格控制，即使采用相同配方，相同工藝的產(chǎn)品，也很難保證這些參數(shù)完全相同，又由于老化等不穩(wěn)定因素，因此，在使用前必須逐個(gè)挑選測(cè)量。2100433B

壓電常數(shù)可以從不同的角度來(lái)表述，其形式有四種，即d_iJ、e_iJ、g_iJ和_hiJ，其中i=1，2，3；J=1，2，3，4，5，6 。

當(dāng)壓電體處于恒定應(yīng)力作用時(shí)，由于電場(chǎng)強(qiáng)度變化所產(chǎn)生的應(yīng)變變化與電場(chǎng)強(qiáng)度變化之比；或在恒定電場(chǎng)作用時(shí)，由于應(yīng)力變化所產(chǎn)生的電位移變化與應(yīng)力變化之比，稱為壓電應(yīng)變常數(shù)d_iJ，其表示式為

其單位為C/N或m/V。

當(dāng)壓電體受恒定應(yīng)變作用時(shí)，由于電場(chǎng)強(qiáng)度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力變化與電場(chǎng)強(qiáng)度變化之比; 或受恒定電場(chǎng)作用時(shí)，由于應(yīng)變變化所產(chǎn)生的電位移變化與應(yīng)變變化之比，稱為壓電應(yīng)力常數(shù)，其表示式為

其單位為N/Vm或C/m^2。

當(dāng)壓電體受恒定電位移作用時(shí)，由于應(yīng)力變化所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度變化與應(yīng)力變化之比； 或受恒定應(yīng)力作用時(shí)，由于電位移變化所產(chǎn)生的應(yīng)變變化與電位移變化之比，稱為壓電電壓常數(shù)，其表示式為

其單位為Vm/N或m^2/C。

當(dāng)壓電體受恒定應(yīng)變作用時(shí)，由于電位移變化所產(chǎn)生的應(yīng)力變化與電位移變化之比;或受恒定電位移作用時(shí)，由于應(yīng)變變化所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度變化與應(yīng)變變化之比，稱為壓電勁度常數(shù)，其表示式為

其單位為V/m或N/C。

壓電常數(shù)表征壓電體在壓力下產(chǎn)生極化強(qiáng) 弱（電壓大小）的常數(shù)。某些電介質(zhì)在壓力作用下發(fā)生極化而在兩端表面出 現(xiàn)電位差的性質(zhì)稱為壓電性。具有壓電性的物體稱為壓電體 。

一般壓電體 具有逆壓電效應(yīng)，即在外電場(chǎng)作用下 壓電體會(huì)產(chǎn)生形變。目前應(yīng)用最廣的 是鋯鈦酸鉛二元系壓電陶瓷，簡(jiǎn)稱為 PZT，其壓電常數(shù)分量d₃₃可達(dá)5×10C/N。

壓電常數(shù)（Piezoelectric Constant）是壓電體把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑虬央娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的轉(zhuǎn)換系數(shù)。它反映壓電材料彈性（機(jī)械）性能與介電性能之間的耦合關(guān)系。

選擇不同的自變量（或者說(shuō)測(cè)量時(shí)選用不同的邊界條件），可以得到四組壓電常數(shù)d、g、e、h，其中較常用的是壓電常數(shù)d。

其中壓電常數(shù)d33是表征壓電材料性能的最常用的重要參數(shù)之一，一般陶瓷的壓電常數(shù)越高，壓電性能越好。下標(biāo)中的第一個(gè)數(shù)字指的是電場(chǎng)方向，第二個(gè)數(shù)字指的是應(yīng)力或應(yīng)變的方向，“33”表示極化方向與測(cè)量時(shí)的施力方向相同。

壓電常數(shù)不僅與應(yīng)力T_I、應(yīng)變S_I有關(guān)，而且與電場(chǎng)強(qiáng)度E_i、電位移D_i也有關(guān)。

外電場(chǎng)和晶體的極化強(qiáng)度都是矢量，在直角坐標(biāo)系中其分量分別記為Eα和pα;α=1、2、3。晶體的應(yīng)變 s是個(gè)二階對(duì)稱張量，只有六個(gè)獨(dú)立分量，記為Si;i=1、2、3相應(yīng)的為三個(gè)縱應(yīng)變分量; i=4、5、6相應(yīng)的為三個(gè)切應(yīng)變分量。當(dāng)形變不太大時(shí)壓電效應(yīng)為線性，

可用方程組描述為 (1)

對(duì)于逆壓電效應(yīng)有 (2)

稱eαi為壓電常數(shù),亦稱壓電應(yīng)力系數(shù)。稱dαi為壓電模量，亦稱壓電應(yīng)變系數(shù)。e和d都是三階張量,通稱為壓電張量，一般地可以各有18個(gè)獨(dú)立分量，晶體的對(duì)稱性可以使壓電張量的非零獨(dú)立分量個(gè)數(shù)進(jìn)一步減小。

光電測(cè)距儀的檢測(cè)：光電測(cè)距儀在使用前，應(yīng)依照儀器使用說(shuō)明書和有關(guān)規(guī)程的要求，進(jìn)行一般性能檢查、校正和儀器常數(shù)(包括加常數(shù)和乘常數(shù)兩項(xiàng))檢測(cè)。加常數(shù)是指所使用的儀器測(cè)得的距離與實(shí)際距離之間的常數(shù)差；乘常數(shù)是由于大氣折射率和測(cè)尺頻率的變化而引起測(cè)尺長(zhǎng)度的改變 。

采用六段解析法測(cè)定加常數(shù)，用六段比較法測(cè)定加常數(shù)和乘常數(shù)。六段解析法是在平坦場(chǎng)地上，標(biāo)定1條直線，將其分成6段，設(shè)置7個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。用光電測(cè)距儀按全組合觀測(cè)法測(cè)出21個(gè)組合距離，經(jīng)過測(cè)量平差，求得儀器的加常數(shù)。六段比較法是在野外標(biāo)設(shè)1條基線，劃分為6段，埋設(shè)7個(gè)測(cè)點(diǎn)。用因瓦基線尺丈量6個(gè)分段的長(zhǎng)度作為標(biāo)準(zhǔn)值，用光電測(cè)距儀按全組合測(cè)出21個(gè)距離，經(jīng)過氣象和傾斜改正后與標(biāo)準(zhǔn)值比較，按最小二乘準(zhǔn)則采用一元線性回歸的方法求解加常數(shù)和乘常數(shù)。

用六段比較法測(cè)出的21個(gè)距離，經(jīng)氣象、傾斜、加常數(shù)和乘常數(shù)的修正后，與已知的基線標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，評(píng)定儀器的標(biāo)稱精度。

由于電子元器件的老化，光機(jī)結(jié)構(gòu)的位移等因素的影響，儀器常數(shù)可能發(fā)生變化，因此應(yīng)定期檢驗(yàn)測(cè)距儀的加常數(shù)和乘常數(shù)。

隨著微電子學(xué)的日益發(fā)展，光電測(cè)距儀的改進(jìn)型和新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)。有的測(cè)距儀在鏡站增設(shè)了供定線放樣用的通訊器件，可將測(cè)站的必要信息傳輸給鏡站，從而提高了作業(yè)的工作效率。為適應(yīng)煤礦井下條件的要求，前蘇聯(lián)、德國(guó)、瑞士等國(guó)家先后研制成功防爆型光電測(cè)距儀。中國(guó)在20世紀(jì)80年代后期，也改制成功本安型防爆光電測(cè)距儀，并已在中國(guó)煤礦推廣使用 。

加常數(shù)K產(chǎn)生的原因是由于儀器的發(fā)射面和接收面與儀器中心不一致，反光棱鏡的等效反射面與反光棱鏡的中心不一致，使得測(cè)距儀測(cè)出的距離值與實(shí)際距離值不一致。因此，測(cè)距儀測(cè)出的距離還要加上一個(gè)加常數(shù)K進(jìn)行改正。

加常數(shù)K改正值從儀器的檢測(cè)結(jié)果得來(lái)。加常數(shù)K與實(shí)測(cè)距離大小無(wú)關(guān)。