鐵電薄膜電滯回線測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、鐵電薄膜作為一種功能薄膜在MEMS領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，例如，PZT薄膜因具有良好的壓電、鐵電、介電、電光等效應(yīng)，而被應(yīng)用于微能源收集器、微加速度計(jì)、微力傳感器、聲表面波器件等MEMS器件的制作。在MEMS器件中，功能薄膜的質(zhì)量往往決定了器件的性能，因此測(cè)量功能薄膜特性參數(shù)有著重要的意義。電滯回線是鐵電薄膜的重要特性，一方面它能反映材料的鐵電特性；另一方面還可以得到其他相關(guān)參數(shù)，例如，剩余極化強(qiáng)度，它可以用于估計(jì)材料的壓電系數(shù)。國(guó)外關(guān)于鐵電

2、體的特性參數(shù)測(cè)量研究起步較早，已經(jīng)設(shè)計(jì)出許多先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，但是這些儀器價(jià)格昂貴。國(guó)內(nèi)很多高校研制了電滯回線測(cè)量?jī)x器，但是這些儀器與國(guó)外同類型儀器相比普遍存在測(cè)量精度差、體積大、適用范圍窄的缺點(diǎn)。
　　目前，電滯回線的測(cè)量方法主要包括沖擊檢流計(jì)法和Sawyer-Tower電路法，后者由于測(cè)量方法簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為電滯回線測(cè)量的主流方法。本文針對(duì)科研工作中對(duì)鐵電薄膜電滯回線測(cè)量的需求，對(duì)鐵電薄膜的電滯回線測(cè)量進(jìn)行了研究。設(shè)

3、計(jì)制作了鐵電薄膜電滯回線測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)產(chǎn)生的激勵(lì)電壓最大幅值為40V，最高頻率為1KHz，能適應(yīng)絕大多數(shù)鐵電薄膜電滯回線的測(cè)量。該測(cè)試系統(tǒng)除了可以得到鐵電薄膜的電滯回線以外，同時(shí)還可以得到材料線性電容、漏電阻、飽和極化強(qiáng)度、剩余極化強(qiáng)度、矯頑電場(chǎng)等參數(shù)，并且系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。以PZT薄膜為測(cè)試材料對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所測(cè)電滯回線的結(jié)果是可信的。本文的主要工作如下：
　?、傧到y(tǒng)的測(cè)量方法為Sawyer-Towe

4、r電路法，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)系統(tǒng)了硬件電路。電路能夠完成電滯回線的測(cè)量、正弦信號(hào)的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)的采集以及系統(tǒng)的供電，根據(jù)系統(tǒng)資源需要選定了FPGA核心板。
　　②以QuartusⅡ軟件為平臺(tái)設(shè)計(jì)了FPGA的時(shí)序邏輯。整個(gè)時(shí)序邏輯包括A/D驅(qū)動(dòng)、FIFO、DDS、串口通信等模塊，通過(guò)軟件自帶的仿真功能，對(duì)各模塊進(jìn)行功能性仿真。根據(jù)所設(shè)計(jì)的功能模塊搭建頂層原理圖。
　?、垡?LabVIEW為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的前面板以及程序框圖。前面板完成