CN2147546Y - 电子材料强场电气特性的自动测量仪 - Google Patents

Abstract

一种测量技术领域的电子材料强场电气特性的 自动测量仪，它由微机控制输出波形经高压超低频放 大器输出，高压超低频放大器采用载波放大，由舌簧 继电器实现双极性输出。本测量仪可对介质材料的 电致应变和电滞回线进行同步动态测量，还可对压敏 电阻材料的伏安特性进行动态测量，还可单独作一台 高压超低频放大电源使用。它具有整机零漂小，线性 度优良，电路结构简单的特点。

Description

本实用新型属于测量技术领域，更进一步涉及一种超低频下测量电子材料强场电气特性的多功能自动测量仪。

近来广为研究的压电与电致伸缩材料多为铁电体，迫切需要一种能对介质材料的电致应变与电滞回线进行同步测量的仪器，压敏电阻材料的伏安特性测量也急需一种动态测量仪。随着计算机的普及，曾有把计算机用于电滞回线测量的报导（Tatsuo    FuKami，etal：Rev.Sci.Instrum，54，1551，1983），但未见计算机用于同步测量电致应变和电滞回线的报导。伏安特性的测量传统上采用静态法。这种方法效率低，试样发热引起测量结果一致性差。强场测量关键需要一种高压放大器，市面已有产品（BOP1000M）采用光电耦合以及直耦放大的原理实现高压输出。它存在一些不足：高压功放管工作电压达几千伏、价格贵、可靠性低、整机线性度较差、零漂大、结构复杂。

本实用新型的目的在于提供一种多功能自动测量仪，可对介质材料的电致应变和电滞回线进行同步动态测量，还可对压敏电阻材料的伏安特性进行动态测量，此外还可单独作一台高压超低频放大电源使用。

本实用新型的PC／XT微型机通过D／A转换器输出的三角波和同步信号输出端口输出的同步信号经高压超低频放大器放大输出后接试样。试样的低压端接二极管和高阻跟随器的输入，开关1K₁，1K₂的定片接高压超低频放大器的输入，动片分别接信号发生器、D／A以及同步信号转换器，开关1K₃定片接高阻跟随器的输出，动片接函数记录仪和A／D转换器CH₁通道，开关1K₁、1K₂、1K₃完成计算机自动测量与一般动态测量之间的转换。电压偏置跨接于A／D转换器CH₁和CH₂通道，应变转换器用于将试样的应变信号转换后送入A／D转换器CH₀通道，电容器串接于开关2K₁的动片和地之间，2K₁的定片接B端。

高压超低频放大器中的电压调节器将单极性的输入信号送给初级放大器的负输入端J，初级放大器的输出接高频变压器的初级中间抽头G，整流滤波网络的输入端接高频变压器的次级H、I端，其输出通过舌簧继电器输出接试样。舌簧继电器由同步信号转换器驱动，反馈F＋电路将整流滤波网络的正输出反馈给初级放大器的负输入，反馈F－电路将整流滤波网络的负输出反馈给初级放大器的正输入。开关2K₂跨接于反馈F－与地之间，起到双环反馈与单环反馈之间的转换作用。高频载波发生器的输出通过电子开关推动高频变压器，当流过试样的电流超过保护电流时，过流触发器触发电子开关，起到保护作用，脉冲复位器起复位电子开关的作用。

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型整机原理框图。

图2是本实用新型高压超低频放大器方框图。

图3是本实用新型高阻跟随器与电压偏置电路图。

图4是本实用新型信号发生器电路图。

图5是本实用新型同步信号转换器电路图。

图6是本实用新型高压超低频放大器的高频载波发生器电路图。

图7是本实用新型高压超低频放大器的高频变压器及推挽电路图。

图8是本实用新型高压超低频放大器的初级放大及高压输出电路图。

图9是本实用新型高压超低频放大器的过流保护***电路图。

本实用新型的PC／XT微型机4通过D／A转换器3输出的三角波和同步信号转换器14输出的同步信号经高压超低频放大器5放大输出Uout加在试样8上，试样的低压端A通过过流取样电阻R1到B端接二极管11和高阻跟随器9的输入。转换器3与A／D转换器7采用12位16通道AD／DA板，PC－1216，PORT通道采用八位数字输出接口的DO位。开关1K₁、1K₂的定片接高压超低频放大器5的输入，动片分别接信号发生器1、D／A转换器3以及同步信号转换器14。开关1K₃定片接高阻跟随器9的输出，动片接函数记录仪13和A／D转换器7的CH₁通道，开关1K₁、1K₂、1K₃完成计算机自动测量与一般动态测量之间的转换。2K₁的定片接A端，电容12串接于开关2K₁的动片与地之间，测量电致应变与电滞回线时，开关2K₁使电容12接入电路组成Sawyer-Tower电路，二极管11起过压保护作用。电荷信号经高阻跟随器9作阻抗变换再加电压偏置10输入A／D转换器的CH₂通道，应变信号是由应变转换器6输出，接入A／D转换器7的CH₀通道。应变转换采用应变片法，DPM613型应变放大器把应变由因应变而产生的电阻量变化加以转换放大，这两种信号可进行同步采集。测量伏安特性时开关2K₁使电容12断开。二极管11起对电流信号取对数的作用，高阻跟随器9输出的电流对数信号输入A／D转换器7的CH₁通道。经A／D转换后输入计算机，采集到的电流对数值查表再线性插值还原获得电流值，电致应变与电滞回线经平滑、计算后获得。测量获得的数据可存盘、屏幕显示或由打印机2打印。

信号发生器1采用超低频三角波发生电路与线性检波电路输出单极性波形，电位器W₁对三角波频率进行调节。相位前移波形采用四片NE555组成的施密特触发电路获得，其阈值电压取自电位器W₁的可动端，以使相位前移的时间不随三角波频率而变。

计算机产生的单极性三角波由D／A转换器3输出，软件实现的相位前移同步信号由PORT通道输出由同步信号转换器14通过开关1K₂驱动舌簧继电器21

高压超低频放大器5是本仪器的关键部分，其中高频载波发生器电路25是由方波信号经单稳态触发器产生高频脉冲F₁、F₂，用于驱动高频推挽管及高频变压器19。输出电压调节器17将单极性的输入信号送入初级放大器的负输入端J。初级放大器18的输出接高频变压器的中间抽头G，这样信号就被载入高频载波，经高频变压器的放大、整流滤波，然后通过舌簧继电器21输出双极性波形Uout，继电器21由相位前移的同步信号驱动，放大器的反馈采用双环无源负反馈，反馈F＋电路15将整流滤波的正输出反馈给初级放大器的负输入，反馈F－电路16将整流滤波的负输出反馈给初级放大器的正输入。开关2K₂跨接于反馈F－16与地之间，伏安特性测量时闭合开关2K₂，单极性输出采用单环反馈以降低内阻。过流取样电阻R₁接入试样低压端A与高阻跟随器输入端B之间，当检测到过流信号后触发电子开关23，电子开关的C、D端接入高频载波发生器的输出，通过旁路高频载波达到切断高压输出的保护目的。脉冲复位器22可使电子开关复位。

本实用新型的整机零漂小，而且采用对电流取对数后查表还原电流值的方法，因而可对很大范围的伏安特性进行自动测量。放大器采用双环无源负反馈，保证了放大器的优良线性度，并采用载波放大原理，由高频变压器实现高低压隔离，省去了高压直流电源及高反压功率管的使用，简化了电路结构，提高了可靠性。

Claims (3)

1、电子材料强场电气特性自动测量仪，它包括微型机4、和与微型机4以总线连接方式连接的D/A和A/D，打印机2同步信号输出端口PORT，其特征在于：它还包括高压超低频放大器5，高压超低频放大器5的输出接试样8，试样8的低压端A经R₁接二极管11和高阻跟随器9的输入B，开关1K₁、1K₂定片接高压超低频放大器的输入，动片分别接信号发生器、D/A以及同步信号转换器14，开关1K₃定片接高阻跟随器9的输出，动片接函数记录仪13和A/D转换器CH₁通道，电压偏置10跨接于A/D转换器CH₁和CH₂通道，应变转换器6用于将试样8的应变信号转换后送入A/D转换器CH₀通道，电容器12串接于开关2K₁的动片和地之间，2K₁的定片接B端。

2、如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述的高压超低频放大器5中的输出电压调节器17将单极性的输入信号送入初级放大器18的输入端J，初级放大器18的输出接高频变压器19的初级中间抽头G，整流滤波器20的输入端接变压器的次级H、I，其输出通过舌簧继电器21输出Uout接试样8，舌簧继电器21由同步信号转换器14驱动，反馈F＋电路15将整流滤波网络的正输出反馈给初级放大器的负输入，反馈F－电路将整流滤波网络的负输出反馈给初级放大器的正输入，开关2K₂跨接于反馈F－16与地之间，高频载波发生器25的输出F₁、F₂通过电子开关23推动高频变压器，过流触发器24触发电子开关23，电子开关的C、D端接入高频载波发生器的输出端。

3、如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述的信号发生器1中的相位前移同步信号电路采用四片NE555组成的施密特触发电路，其阈值电压取自超低频三角波发生器电路中电位器W₁的可动端。

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