本發(fā)明涉及壓電材料檢測(cè)，特別涉及一種用于測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)的測(cè)試探頭、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及終端。

背景技術(shù)：

1、壓電系數(shù)是壓電材料最重要的物理參數(shù)，壓電系數(shù)越高，壓電材料的能量轉(zhuǎn)換的效率越高。現(xiàn)在壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多，也從塊狀材料發(fā)展到了薄膜材料，但是壓電系數(shù)的測(cè)試裝置和方法并沒(méi)有明顯的改進(jìn)，不能滿足技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用拓展的測(cè)試需求。

2、壓電材料的壓電系數(shù)測(cè)量方法有：直接法、準(zhǔn)靜態(tài)法(berlincourt?method)，諧振法、激光干涉法(laser?interferometer)，激光多普勒測(cè)振儀(laser?scanningvibrometers)和壓電力顯微鏡(piezoelectric?force?microscopes)。其中，激光干涉法，激光多普勒測(cè)振儀和壓電力顯微鏡法都是通過(guò)逆壓電效應(yīng)，即通過(guò)加脈沖電壓信號(hào)使材料產(chǎn)生形變，測(cè)量壓電系數(shù)。這類方法需要精度高的微小形變的量測(cè)，設(shè)備昂貴，測(cè)試效率也低，不能應(yīng)用到壓電材料和器件的產(chǎn)業(yè)化測(cè)試。直接法、準(zhǔn)靜態(tài)法和諧振法利用正壓電效應(yīng)，測(cè)試應(yīng)力作用下材料產(chǎn)生的電荷，簡(jiǎn)單方便。其中諧振法是精度最高，但對(duì)測(cè)試樣品形狀有許多要求，以保證樣品工作在基模狀態(tài)，不能應(yīng)用到許多實(shí)際的材料產(chǎn)品和壓電器件的壓電測(cè)量。直接法存在零點(diǎn)漂移問(wèn)題。

3、準(zhǔn)靜態(tài)裝置在傳統(tǒng)的塊狀壓電材料測(cè)試上應(yīng)用廣泛，但應(yīng)用到薄膜壓電材料測(cè)試存在嚴(yán)重局限。準(zhǔn)靜態(tài)法的測(cè)試原理是依據(jù)正壓電效應(yīng)，在壓電材料上施加一個(gè)低頻交變力，壓電材料兩端面產(chǎn)生交變電荷，測(cè)量交變電荷方均值，可得應(yīng)力與電荷比值——壓電系數(shù)。準(zhǔn)靜態(tài)法中交變力由底座上的電磁驅(qū)動(dòng)器提供，因此交變力頻率低，作用時(shí)間長(zhǎng)，力度大，容易損壞薄膜的物理特性，也會(huì)使得壓電薄膜去極化，失去其壓電性能。其測(cè)量時(shí)間也可能遠(yuǎn)大于壓電薄膜的時(shí)間常數(shù)。從空間設(shè)置上講，交變了力產(chǎn)生于下方，無(wú)法應(yīng)用于原位測(cè)試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種用于測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)的測(cè)試探頭、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及終端，以解決現(xiàn)有技術(shù)中壓電系數(shù)測(cè)試中的各種缺陷和不足。

2、本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)的測(cè)試探頭，其包括：

3、檢測(cè)探針，配置為當(dāng)接觸壓電材料時(shí)向所述壓電材料施加應(yīng)力，以及輸出所述壓電材料響應(yīng)于所述應(yīng)力產(chǎn)生的電荷的電荷信號(hào)；

4、應(yīng)力測(cè)試元件，配置為測(cè)量并輸出表示施加到所述壓電材料的所述應(yīng)力的應(yīng)力信號(hào)；

5、振動(dòng)機(jī)構(gòu)，位于所述檢測(cè)探針上方，配置為響應(yīng)于接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)振動(dòng)所述檢測(cè)探針以向所述壓電材料施加所述應(yīng)力；以及

6、驅(qū)動(dòng)單元，配置為向所述振動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)送所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述振動(dòng)單元振動(dòng)。

7、可選地，所述應(yīng)力測(cè)試元件為壓力傳感器，所述壓力傳感器為壓電式壓力傳感器。

8、可選地，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是脈沖信號(hào)和/或交變信號(hào)。

9、可選地，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述壓電材料的工作驅(qū)動(dòng)信號(hào)一致。

10、可選地，還包括第一輸出端和第二輸出端，

11、所述第一輸出端與所述檢測(cè)探針連通，以輸出所述電荷信號(hào)；

12、所述第二輸出端與所述應(yīng)力測(cè)試元件連通，以輸出所述應(yīng)力信號(hào)。

13、本發(fā)明的另一方面提供一種測(cè)試系統(tǒng)，用于測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)，其包括：

14、至少一個(gè)測(cè)試探頭，所述測(cè)試探頭向壓電材料施加應(yīng)力，并輸出所述應(yīng)力的應(yīng)力信號(hào)以及所述壓電材料響應(yīng)于所述應(yīng)力產(chǎn)生的電荷的電荷信號(hào)；

15、承載裝置，用于承載待測(cè)試的所述壓電材料，所述承載裝置位于所述測(cè)試探頭的下方，使得位于所述承載裝置上的所述壓電材料位于所述測(cè)試探頭的下方；

16、處理單元，接收并根據(jù)所述應(yīng)力信號(hào)及所述電荷信號(hào)，獲得所述壓電材料的壓電系數(shù)。

17、本發(fā)明的又一方面提供一種采用本發(fā)明所述的測(cè)試探頭測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)的方法，其包括以下步驟：

18、通過(guò)將測(cè)試探針接觸壓電材料對(duì)壓電材料施加應(yīng)力；

19、測(cè)試對(duì)應(yīng)于所述應(yīng)力的應(yīng)力信號(hào)；

20、測(cè)試所述壓電材料響應(yīng)于所述應(yīng)力產(chǎn)生的電荷的電荷信號(hào)；

21、根據(jù)測(cè)試的所述應(yīng)力信號(hào)及電荷信號(hào)獲得所述壓電材料的壓電系數(shù)。

22、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的方法。

23、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，其包括處理器、通信接口、存儲(chǔ)器和通信總線，其中，處理器，通信接口，存儲(chǔ)器通過(guò)通信總線完成相互間的通信；存儲(chǔ)器，用于存放計(jì)算機(jī)程序；處理器，用于執(zhí)行存儲(chǔ)器上所存放的程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的方法。

24、如上所述，本發(fā)明的用于測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)的測(cè)試探頭、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及終端，至少具有以下有益效果：

25、本發(fā)明測(cè)試探頭位于待測(cè)試的壓電材料的上方，自壓電材料上方向下向壓電材料施加應(yīng)力，壓電材料響應(yīng)于該應(yīng)力產(chǎn)生的電荷有測(cè)試探測(cè)探測(cè)，同時(shí)由壓電式應(yīng)力傳感器測(cè)試施加的應(yīng)力。上述應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是脈沖信號(hào)和/或交變信號(hào)，更進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)信號(hào)與壓電材料的工作激勵(lì)信號(hào)一致。另外，本發(fā)明的測(cè)試探頭可以在不靠近待測(cè)試的壓電材料的基膜諧振頻率的前提下，高頻工作，由此對(duì)壓電材料測(cè)試得到的壓電系數(shù)更加接近壓電材料實(shí)際工作中的壓電系數(shù)。同時(shí)測(cè)試探頭在高頻下工作，作用在壓電材料上的時(shí)間就相應(yīng)變短，施加的應(yīng)力的力度也相應(yīng)減小，因此不會(huì)對(duì)壓電材料產(chǎn)生物理?yè)p壞，也不會(huì)出現(xiàn)壓電材料去極化的風(fēng)險(xiǎn)。

26、本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)中，用于承載待測(cè)試的壓電材料的承載裝置可以是壓電材料薄膜生長(zhǎng)的成膜腔室，即測(cè)試探頭可以集成至壓電材料成膜設(shè)備中，由此可以在成膜腔室中實(shí)現(xiàn)壓電材料的原位測(cè)試。該測(cè)試過(guò)程中不會(huì)改變壓電材料所處的環(huán)境，相應(yīng)地其性能能夠更加完整的保持，使得測(cè)試得到的壓電系數(shù)更加接近壓電材料的實(shí)際壓電系數(shù)。同時(shí)，還可以在壓電材料成膜過(guò)程的任意階段進(jìn)行壓電系數(shù)測(cè)試，以表征壓電材料成膜的良率，有利于提高最終形成的壓電材料薄膜的良率。

技術(shù)特征：

1.一種用于測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)的測(cè)試探頭，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試探頭，其特征在于，所述應(yīng)力測(cè)試元件為壓力傳感器，所述壓力傳感器為壓電式壓力傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試探頭，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是脈沖信號(hào)和/或交變信號(hào)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試探頭，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述壓電材料的工作驅(qū)動(dòng)信號(hào)一致。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試探頭，其特征在于，還包括第一輸出端和第二輸出端，所述第一輸出端與所述檢測(cè)探針連通，以輸出所述電荷信號(hào)；

6.一種測(cè)試系統(tǒng)，用于測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)試探頭包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)力測(cè)試元件為壓力傳感器，所述壓力傳感器為壓電式壓力傳感器。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是脈沖信號(hào)和/或交變信號(hào)。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述壓電材料的工作激勵(lì)信號(hào)一致。

11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)探頭還包括第一輸出端和第二輸出端，

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述處理單元與所述第一輸出端和所述第二輸出端連通，根據(jù)所述電荷信號(hào)和應(yīng)力信號(hào)的峰峰值和/或積分值獲得所述壓電系數(shù)。

13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述包括一個(gè)所述測(cè)試探頭，所述測(cè)試探頭時(shí)序地移動(dòng)以對(duì)所述壓電材料進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試。

14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述包括多個(gè)所述測(cè)試探頭，多個(gè)所述測(cè)試探頭間隔分布在所述壓電材料上方，以對(duì)所述壓電材料進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試。

15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，還包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，與所述測(cè)試探頭連接，以控制所述測(cè)試探頭實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)。

16.根據(jù)權(quán)利要求6～15中任意一項(xiàng)所述的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述承載裝置為壓電材料成膜腔室中的承載臺(tái)，所述檢測(cè)探頭設(shè)置在所述成膜腔室中，以在所述成膜腔室中對(duì)形成的所述壓電材料進(jìn)行測(cè)試。

17.一種采用權(quán)利要求6～16中任意一項(xiàng)所述的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，根據(jù)測(cè)試的所述應(yīng)力信號(hào)及電荷信號(hào)獲得所述壓電材料的壓電系數(shù)包括：

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，根據(jù)測(cè)試的所述應(yīng)力信號(hào)及電荷信號(hào)獲得所述壓電材料的壓電系數(shù)包括：

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述壓電系數(shù)包括壓電材料的壓電系數(shù)d33。

21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過(guò)將測(cè)試探針接觸壓電材料對(duì)壓電材料施加應(yīng)力還包括：

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述材料的工作激勵(lì)信號(hào)一致。

23.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求17～22中任意一所述的方法。

24.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括處理器、通信接口、存儲(chǔ)器和通信總線，其中，處理器，通信接口，存儲(chǔ)器通過(guò)通信總線完成相互間的通信；存儲(chǔ)器，用于存放計(jì)算機(jī)程序；處理器，用于執(zhí)行存儲(chǔ)器上所存放的程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求17～22中任意一所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了用于測(cè)試壓電材料的壓電系數(shù)的測(cè)試探頭、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及終端，測(cè)試探頭位于待測(cè)試的壓電材料的上方，自壓電材料上方向下向壓電材料施加應(yīng)力，壓電材料響應(yīng)于該應(yīng)力產(chǎn)生的電荷有測(cè)試探測(cè)探測(cè)，同時(shí)由壓電式應(yīng)力傳感器測(cè)試施加的應(yīng)力。上述應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是脈沖信號(hào)和/或交變信號(hào)，更進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)信號(hào)與壓電材料的工作激勵(lì)信號(hào)一致。另外，本發(fā)明的測(cè)試探頭可以在不靠近待測(cè)試的壓電材料的基膜諧振頻率的前提下，高頻工作，由此對(duì)壓電材料測(cè)試得到的壓電系數(shù)更加接近壓電材料實(shí)際工作中的壓電系數(shù)。同時(shí)測(cè)試探頭在高頻下工作，作用在壓電材料上的時(shí)間就相應(yīng)變短，施加的應(yīng)力的力度也相應(yīng)減小，因此不會(huì)對(duì)壓電材料產(chǎn)生物理?yè)p壞，也不會(huì)出現(xiàn)壓電材料去極化的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳昱,楊記冬,王開(kāi)安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：科銳昇微系統(tǒng)（蘇州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21