安泰電子功率放大器應用--壓電陶瓷阻抗測試

常見的阻抗器件多為非線性，如金屬氧化物和金屬鉑等電阻器件的阻抗--溫度曲線便是典型的非線性曲線。超聲波電機的壓電陶瓷定子的阻抗特性，其工作電壓一般在100V峰峰值以上，且阻抗模值存在諧振點和反諧振點，諧振點處阻抗小，反諧振點處阻抗大，本文利用基本的大電阻并聯及小電阻串聯式電壓電流表原理，基于LabVIEW程序和配套的NIPXI模塊化儀器設計測試系統，對壓電陶瓷定子進行了不同激勵電壓幅值下的掃頻阻抗測定，分析了其諧振點和反諧振點頻率，以及不同激勵電壓幅值下的圖像偏移。

基于LabVIEW的工作電壓下壓電陶瓷阻抗測試，測試系統如下：

實驗過程：

測試系統主要由LabVIEW程序，模塊化儀器信號發生器、功率放大器，調理分壓電路和模塊化儀器數據采集卡組成。首先計算機程序控制信號發生器掃頻的起止頻率、電壓幅值等，再由功率放大器將電壓按照的比例放大至所需的電壓幅值，加到待測阻抗上，再由調理分壓電路將電壓和電流線性放大或縮小至采集卡的量程以內，由數據采集卡采集電壓電流等數據，并再LabVIEW內部處理數據。

測試結果：

(1)使用本系統對壓電陶瓷定子進行不同電壓幅值的單相激勵源測試，在20V下測定得到的阻抗模值和阻抗角隨頻率變化的圖像：

(2)利用本系統對較高工作電壓120V峰峰值下的壓電陶瓷進行阻抗測定：

從測定圖像可看出，在20V和120V工作電壓下，阻抗模值圖像均反映出諧振點和反諧振點，諧振點處阻抗模值小，反諧振點處大。阻抗角在諧振頻率和反諧振頻率之間產生了跳變，其余頻段始終處于-90°左右。

比較不同電壓的測定圖像可以發現，高電壓下阻抗特性曲線略微有所偏移，諧振點的頻率略微有所左移，從20V時的77.7KHz，偏移到了120V時的77.2KHz左右，這說明，壓電陶瓷在不同電壓激勵情況下，諧振點的頻率會發生偏移，隨著電壓逐漸升高諧振頻率點回逐漸下降，意味著正常工作電壓阻抗特性測試的結果會更加準確；無論電壓幅值如何，阻抗角峰值均在50°~60°左右。根據電路基本定理可知，在諧振頻率和反諧振頻率之間，壓電陶瓷為阻容或阻感特性，對外界做機械有功，其他頻率段始終為-90°的純容性特性，不對外做功。