【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及強場阻抗譜測量，特別涉及一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法、系統、設備與介質。
技術介紹
1、壓電材料是一種可以將機械能與電能相互轉換的功能材料，廣泛應用于超聲檢測、醫用超聲、水聲和功率超聲等領域。近年來，隨著大功率壓電器件的快速發展應用，壓電材料的強場功率性能表征也越發重要。
2、阻抗特性測量是壓電材料性能表征中的一個重要內容，壓電材料阻抗特性參數可以通過測量其阻抗譜和相位譜進行表征，它們是研究壓電材料和超聲換能器性能的有用工具。目前壓電材料的性能檢測通常使用商用阻抗分析儀完成，其驅動電壓在1v左右。
3、現有的商用阻抗分析儀價格昂貴且只能適用于恒定電壓的測量，隨著驅動電壓的增加，由于壓電振子在高電場和高振動時彈性系數的非線性效應，在恒壓測量條件下的壓電振子的阻抗譜會產生明顯的畸變甚至跳變。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法、系統、設備與介質，以解決現有技術中隨著驅動電壓的增加，由于壓電振子在高電場和高振動時彈性系數的非線性效應，在恒壓測量條件下的壓電振子的阻抗譜會產生明顯的畸變甚至跳變的問題。
2、本專利技術具體提供如下技術方案：一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，包括如下步驟：
3、將信號發生器產生的掃頻信號加載到強場下的壓電材料，并讀取壓電材料的電流信號和電流信號幅值；
4、將讀取的電流信號幅值與設定的電流恒定值進行比對，并在電流信號幅值處
5、通過所述當前頻率的掃頻信號獲取壓電材料最終的電流信號，并通過所述最終的電流信號擬合獲取導納圓圖，根據導納圓圖進行壓電材料的強場阻抗譜的測量。
6、優選的，所述讀取壓電材料的電流信號和電流信號幅值后，對所述電流信號進行濾波處理，包括如下步驟：
7、將所述電流信號輸入零相位濾波器，獲取不引入額外相位延遲的濾波信號；
8、且在獲得濾波信號時，根據前向系數將電流幅值的信號進行前向濾波，獲得中間濾波信號；
9、根據反向系數將所述中間濾波信號的反向序列進行反向濾波，獲得最終的濾波信號；其中，反向系數和前向系數的數值由信號采樣率和截止頻率獲得。
10、優選的，所述輸出當前頻率的掃頻信號后，對所述掃頻信號進行相位檢測，包括如下步驟：
11、獲取一列與所述掃頻信號同頻的基準信號；
12、將所述基準信號分別與壓電材料處采集的電壓信號和電流信號進行互相關相位檢測，獲得電壓信號的相位和電流信號的相位，以及獲得電壓信號和電流信號的相位差，并通過相位差最小化來調整掃頻信號的頻率。
13、優選的，所述獲得電壓信號和電流信號的相位差，具體表達式為：
14、。
15、其中，分別為電壓和基準信號的互相關值，以及電流和基準信號的互相關值， u和 i是電壓和電流信號的幅值，δ φ為相位差， φ1和 φ2分別為電壓信號的相位和電流信號的相位。
16、優選的，所述將讀取的電流信號幅值與設定的電流恒定值進行比對之前，還包括如下步驟：
17、使用計算機中的labview程序設置電流測量單元和判斷單元；
18、在電流測量單元中設置信號發生器節點，輸出交流電壓的掃頻信號，并設置數字示波器節點，讀取壓電材料兩端的電流信號幅值；
19、在判斷單元中添加條件，分別判斷電流幅值與設定的電流誤差范圍、電流定值的大小關系。
20、優選的，所述將讀取的電流信號幅值與設定的電流恒定值進行比對時，若電流信號幅值在誤差范圍內，保持當前的掃頻輸出，檢測信號發生器狀態。
21、優選的，通過所述最終的電流信號擬合獲取導納圓圖，根據導納圓圖進行壓電材料的強場阻抗譜的測量，包括如下步驟：
22、通過壓電材料構建壓電振子等效電路；
23、通過所述最終的電流信號獲取壓電振子等效電路的總導納；具體表達式為：
24、。
25、。
26、其中， y為導納， i0為通過靜態阻抗的電流， i1為通過動態阻抗的電流， u為電壓， c0為純電容，由壓電材料靜態時的阻抗等效獲得， l1、 c1和 r1分別為動態阻抗用等效電感、等效電容和等效電阻， y0為靜態導納， y1為動態導納；
27、將電導 g作為橫坐標，電納 b作為縱坐標，構建電納關于電導的曲線，獲得導納圓圖；具體表達式為：
28、。
29、。
30、其中， g為電導， b為電納， j為虛數單位，為角頻率；
31、根據所述導納圓圖獲取壓電材料的參數，并根據導納為阻抗倒數的關系進行強場阻抗譜和壓電振子等效電路參數的測量；所述壓電材料的參數包括動態電阻、動態電容、動態電感和靜態電容。
32、本專利技術提供一種壓電材料的強場阻抗譜測量系統，包括：
33、數據采集模塊，用于將信號發生器產生的掃頻信號加載到強場下的壓電材料，并讀取壓電材料的電流信號和電流信號幅值；
34、電流反饋模塊，用于將讀取的電流信號幅值與設定的電流恒定值進行比對，并在電流信號幅值處于誤差范圍外時，根據設定的電壓變化步長改變掃頻信號的電壓值，輸出當前頻率的掃頻信號；
35、測量模塊，用于通過所述當前頻率的掃頻信號獲取壓電材料最終的電流信號，并通過所述最終的電流信號擬合獲取導納圓圖，根據導納圓圖進行壓電材料的強場阻抗譜的測量。
36、本專利技術提供一種計算機設備，包括存儲器及處理器，所述存儲器中儲存有程序，所述程序被所述處理器執行時，使得所述處理器執行所述一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法的步驟。
37、本專利技術提供一種存儲介質，所述存儲介質包括存儲的計算機程序，所述計算機程序被至少一個處理器所執行，以使所述至少一個處理器執行上述一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法的步驟。
38、與現有技術相比，本專利技術具有如下顯著優點：
39、本專利技術在信號發生器的掃頻過程中，根據采集到的電流信號幅值與設定的電流誤差范圍、電流本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述讀取壓電材料的電流信號和電流信號幅值后，對所述電流信號進行濾波處理，包括如下步驟：
3.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述輸出當前頻率的掃頻信號后，對所述掃頻信號進行相位檢測，包括如下步驟：
4.如權利要求3所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述獲得電壓信號和電流信號的相位差，具體表達式為：
5.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述將讀取的電流信號幅值與設定的電流恒定值進行比對之前，還包括如下步驟：
6.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述將讀取的電流信號幅值與設定的電流恒定值進行比對時，若電流信號幅值在誤差范圍內，保持當前的掃頻輸出，檢測信號發生器狀態。
7.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，通過所述最終的電流信號擬合獲取導納圓
8.一種壓電材料的強場阻抗譜測量系統，其特征在于，包括：
9.一種計算機設備，其特征在于，包括存儲器及處理器，所述存儲器中儲存有程序，所述程序被所述處理器執行時，使得所述處理器執行如權利要求1至7中任一項所述一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法的步驟。
10.一種存儲介質，其特征在于，所述存儲介質包括存儲的計算機程序，所述計算機程序被至少一個處理器所執行，以使所述至少一個處理器執行如權利要求1至7中任一項所述一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述讀取壓電材料的電流信號和電流信號幅值后，對所述電流信號進行濾波處理，包括如下步驟：
3.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述輸出當前頻率的掃頻信號后，對所述掃頻信號進行相位檢測，包括如下步驟：
4.如權利要求3所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述獲得電壓信號和電流信號的相位差，具體表達式為：
5.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述將讀取的電流信號幅值與設定的電流恒定值進行比對之前，還包括如下步驟：
6.如權利要求1所述的一種壓電材料的強場阻抗譜測量方法，其特征在于，所述將讀取的電流信...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳趙江，鄭廣斌，李鳳鳴，劉世清，戴麟疊，童凱，酈屹乘，
申請(專利權)人：浙江師范大學，
類型：發明
國別省市：
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