CN104391185A - 压电陶瓷参数一致性在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电陶瓷参数一致性在线监测装置；其中，键盘输入模块用于向控制模块输入设置参数；温度测量模块用于测量极化槽的温度，将测量到的极化槽的温度测量值传递给控制模块；控制模块用于通过对极化槽的温度测量值和温度设定值的比较，经由极化槽温度控制模块对极化槽温度进行调节；高压极化电压模块用于在压电陶瓷的极化过程中为压电陶瓷提供极化电压；测试信号提供模块用于在压电陶瓷的极化过程中为压电陶瓷提供交流测试电压；检测信号模块用于检测压电陶瓷极化后的交流信号，并通过对交流信号进行变频检测来获得压电陶瓷的电性参数；显示模块用于显示极化槽的温度测量值和压电陶瓷的电性参数。
Description
技术领域
本发明涉及压电陶瓷极化领域，更具体地说，本发明涉及一种压电陶瓷参数一致性在线监测装置。
背景技术
在压电陶瓷的研制和生产中，经过配方设计、计算、配料、混合、预压、预烧(一次烧结)、粉碎、细化、造颗粒、成型、排型、烧成、烧后加工、上电极、系列工艺过程之后，要进行极化操作。极化对于压电陶瓷的研制和生产的整个全过程来说是一个极为重要的环节，因为压电材料只有经过极化之后才具有压电性能，才能成为压电元件。
目前对压电陶瓷的极化研究中，大都侧重于压电陶瓷极化的整体***装置。例如，专利文献CN 102903842A中提供了一种水泥基压电陶瓷复合材料的极化***和极化方法，主要是针对水泥基压电陶瓷复合材料提出的一种极化方法及其装置，对压电陶瓷复合材料的极化成功率去得了一定效果。专利文献CN203668249 U提供了一种PZT压电瓷片高电压极化装置。但是，目前对于压电陶瓷的极化装置都着手于极化的成功率和整体极化效果，而上述现有技术均没有提供。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够提高极化的成功效率的压电陶瓷参数一致性在线监测装置。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种压电陶瓷参数一致性在线监测装置，包括：控制模块、键盘输入模块、显示模块、温度测量模块、高压极化电压模块、极化槽温度控制模块、测试信号提供模块和检测信号模块；其中，键盘输入模块用于向控制模块输入设置参数，设置参数包括极化槽温度的温度设定值；温度测量模块用于测量极化槽的温度，并且将测量到的极化槽的温度测量值传递给控制模块；控制模块用于通过对极化槽的温度测量值和温度设定值的比较，经由极化槽温度控制模块对极化槽温度进行调节；高压极化电压模块用于在压电陶瓷的极化过程中为压电陶瓷提供极化电压；测试信号提供模块用于在压电陶瓷的极化过程中为压电陶瓷提供交流测试电压，其中交流测试电压的幅值小于直流高压的幅值；而且，检测信号模块用于检测压电陶瓷极化后的交流信号，并通过对交流信号进行变频检测来获得压电陶瓷的电性参数；显示模块用于显示极化槽的温度测量值和压电陶瓷的电性参数。
优选地，测试信号提供模块周期性地改变交流测试电压的频率。
优选地，交流测试电压发频率介于30Khz至40Khz之间。
优选地，交流测试电压发频率介于35Khz至45Khz之间。
优选地，显示模块还显示通过键盘输入模块输入的设置参数。
优选地，控制模块将温度测量值与被控制值进行比较，根据温度测量值与设定温度值之间的温度偏差值的大小，采用增量式PID控制算法对温度偏差值进行比例积分与微分数值处理以得到控制输出信号，控制输出信号用来控制极化槽温度控制模块对极化槽的加热。
优选地，控制模块采用脉冲宽度调制来控制极化槽温度控制模块对极化槽的加热，其中控制模块使得控制加热的脉冲的占空比与温度偏差值成正比，而且使得所述占空比随着温度偏差值的增大而增大，随着温度偏差值的减小而减小。
优选地，控制模块由AT89S52单片机实现；温度测量模块由DS18B20芯片实现；键盘输入模块采用矩阵式键盘，显示模块由LED 8279实现；温度测量模块由DS18B20芯片实现。
本发明提供了一种压电陶瓷极化过程优化控制与总体参数一致性的控制，能够实现在线压电陶瓷参数测量，可以提高压电陶瓷参数一致性的成品率。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的压电陶瓷参数一致性在线监测装置的框图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的压电陶瓷参数一致性在线监测装置的实现示例。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
为了达到对压电陶瓷100的参数的在线测量和极化优化目的，根据本发明优选实施例提供了压电陶瓷参数一致性在线监测装置。图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的压电陶瓷参数一致性在线监测装置的框图。
如图1所示，根据本发明优选实施例的压电陶瓷参数一致性在线监测装置包括：控制模块10、键盘输入模块20、显示模块30、复位模块40、温度测量模块50、高压极化电压模块60、极化槽温度控制模块70、测试信号提供模块80和检测信号模块90。
在***初始化过程中，通过键盘输入模块20向控制模块10输入设置参数(例如，设置参数包括极化槽温度的温度设定值)；温度测量模块50(例如，温度传感器)测量极化槽200的温度，并且将测量到的极化槽200的温度测量值传递给控制模块10。
控制模块10通过对极化槽的温度测量值和温度设定值的比较，通过极化槽温度控制模块70对极化槽温度进行调节，以便达到极化优化的指标。
在压电陶瓷的极化过程中，高压极化电压模块60(例如，直流高压极化电压电路)为压电陶瓷100提供极化电压；具体地，所述极化电压为用于压电陶瓷100的直流高压。
测试信号提供模块80为压电陶瓷100提供交流测试电压，其中交流测试电压的幅值小于直流高压的幅值。优选地，交流测试电压发频率介于30Khz至40Khz之间；优选地，交流测试电压发频率介于35Khz至45Khz之间。而且优选地，测试信号提供模块80周期性地改变交流测试电压的频率。
然后，检测信号模块90检测压电陶瓷100极化后的交流信号，并通过对交流信号进行变频检测来获得压电陶瓷的电性参数。
由此，本发明可以实现在线测量压电陶瓷的电性参数，提高压电陶瓷的极化效率，在不断的对极化槽的温度进行调制的过程中大大的提高的压电陶瓷的参数一致性。
如图1所示，复位模块40是可选的，用于对压电陶瓷参数一致性在线监测装置进行重置。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的压电陶瓷参数一致性在线监测装置的实现示例。
如图2所示，优选地，在具体实施例中，控制模块10可由AT89S52单片机实现；温度测量模块50可由DS18B20芯片实现；在具体实施例中，对于键盘输入模块和显示模块，可以采用矩阵式键盘进行输入参数设置和LED 8279进行显示。
而且，显示模块30例如是一个LED显示模块，其能够显示极化槽的温度测量值和压电陶瓷实时电性参数，而且优选地其能够显示通过键盘输入模块20输入的设置参数。
在具体实施例中，对于高压极化电压模块60，可以利用变压器将220v交流信号转换为5kv的高压，经整流双路串联形成10kv可调的高压极化直流电源对压电陶瓷进行极化供电。
在具体实施例中，对于温度测量模块50，例如可由DS18B20芯片实现。这样，在极化过程中，可以采用DS18B20芯片检测极化槽温度，并将温度传递给控制模块10。
下面将描述控制模块10的控制操作的示例。具体地，控制模块10将温度测量值与被控制值(设定温度值)进行比较，根据温度测量值与设定温度值之间的温度偏差值的大小，采用增量式PID(比例-积分-微分)控制算法对温度偏差值进行比例积分与微分数值处理以得到控制输出信号，控制输出信号用来控制极化槽温度控制模块70对极化槽200的加热；而且例如，控制模块10可采用脉冲宽度调制(PWM波控制)来控制极化槽温度控制模块70对极化槽200的加热，其中控制模块10使得脉冲的占空比与温度偏差值成正比，而且使得占空比随着温度偏差值的增大而增大，随着温度偏差值的减小而减小，进而达到对温度进行控制的目的。
此外，例如，对于压电陶瓷极化优化参数在线测量，在具体实施例中，可以在极化过程中，为了能够实时的得到压电陶瓷的电性参数，通过在直流高压极化电压附近施加40Khz左右的小交流测试信号进行测量，例如每隔30秒变化一次测试信号的频率，每次增加或者减少1Khz(或其它数值)，然后通过一个与压电陶瓷相串联的检测电阻R4获得检测反馈电流，将此电流经过A/D转换后传递给控制模块10，控制模块10通过相关的算法分析处理后得出压电陶瓷的电性参数。这样，通过变频检测实现了压电陶瓷极化优化参数在线测量，大大提高了压电陶瓷的极化效率。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种压电陶瓷参数一致性在线监测装置，其特征在于包括：控制模块、键盘输入模块、显示模块、温度测量模块、高压极化电压模块、极化槽温度控制模块、测试信号提供模块和检测信号模块；
其中，键盘输入模块用于向控制模块输入设置参数，设置参数包括极化槽温度的温度设定值；
温度测量模块用于测量极化槽的温度，并且将测量到的极化槽的温度测量值传递给控制模块；
控制模块用于通过对极化槽的温度测量值和温度设定值的比较，经由极化槽温度控制模块对极化槽温度进行调节；
高压极化电压模块用于在压电陶瓷的极化过程中为压电陶瓷提供极化电压；
测试信号提供模块用于在压电陶瓷的极化过程中为压电陶瓷提供交流测试电压，其中交流测试电压的幅值小于直流高压的幅值；
而且，检测信号模块用于检测压电陶瓷极化后的交流信号，并通过对交流信号进行变频检测来获得压电陶瓷的电性参数；
显示模块用于显示极化槽的温度测量值和压电陶瓷的电性参数。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷参数一致性在线监测装置，其特征在于，测试信号提供模块周期性地改变交流测试电压的频率。
3.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷参数一致性在线监测装置，其特征在于，交流测试电压发频率介于30Khz至40Khz之间。
4.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷参数一致性在线监测装置，其特征在于，交流测试电压发频率介于35Khz至45Khz之间。
5.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷参数一致性在线监测装置，其特征在于，显示模块还显示通过键盘输入模块输入的设置参数。
6.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷参数一致性在线监测装置，其特征在于，控制模块将温度测量值与被控制值进行比较，根据温度测量值与设定温度值之间的温度偏差值的大小，采用增量式PID控制算法对温度偏差值进行比例积分与微分数值处理以得到控制输出信号，控制输出信号用来控制极化槽温度控制模块对极化槽的加热。
7.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷参数一致性在线监测装置，其特征在于，控制模块采用脉冲宽度调制来控制极化槽温度控制模块对极化槽的加热，其中控制模块使得控制加热的脉冲的占空比与温度偏差值成正比，而且使得所述占空比随着温度偏差值的增大而增大，随着温度偏差值的减小而减小。
8.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷参数一致性在线监测装置，其特征在于，控制模块由AT89S52单片机实现；温度测量模块由DS18B20芯片实现；键盘输入模块采用矩阵式键盘，显示模块由LED 8279实现；温度测量模块由DS18B20芯片实现。
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