基于压电陶瓷的材料微小形变测量系统

朱 月，李骏慧，于慧振，苏 峻

(南京林业大学 信息科学技术学院，江苏 南京 210037)

0 引 言

当外界物理量发生变化时，固体材料在三维尺度上会发生微小形变，针对不同测量的需求，表现为材料的热膨胀系数、杨氏模量、弹性模量等物理特性参数，而这些物理量对材料的实际使用具有重要的影响[1]。在常规的测量方法中，通常借助于长度测量工具(如游标卡尺、千分尺等)，或者利用光学放大方法(光杠杆)等进行测量，测量过程较为繁琐，测量精度较差，误差较大，且不易进行长时间值守测量。

1 总体方案设计

系统主要由压力传感器、压电陶瓷、保温箱、驱动电机、电路控制盒、电源控制盒以及液晶显示屏组成。系统通过压力传感器和压电陶瓷实现对材料物理形变的测量，通过上位机进行数据处理，并通过液晶显示相关信息。系统整体结构如图1所示，系统整体框架图如图2所示。

图1 系统整体结构

图2 系统整体框架图

本系统利用高灵敏度压力传感器来检测样品自由端的位置，并针对不同样品进行调节,使测试能完成以下功能:1)测试到的压力值借助压力传感器获得反馈，以确定样自由端的实时位置；2)单片机控制步进电机精密丝杆对样品接触端位置进行反馈调节，实时跟随样品的自由端进行移动，即样品的形变量；3)自由端的移动量将通过进行液晶显示、存储于EEPROM，同时通过串口实时传送给上位机,进行数据图谱显示和存储；4)上位机软件可根据实时[2]记录的样品形变信息，绘制出形变量随控制变量(如温度、湿度、压力等)的特性曲线，并计算出相应的物理特性参数。……