一、实验目压电 陶 瓷振 动的 干 涉测 量 实验报告的与实验仪器1. 实验目的（ 1）认识压电陶瓷的性能参数； ?（ 2）认识电容测微仪的工作原理，掌握电容测微仪的标定方法；? （3）、掌握压电陶瓷微位移丈量方法2. 实验仪器压电陶瓷资料（一端装有激光反射镜，可在迈克尔逊干预仪中充任反射镜）、光学防震平台、半导体激光器、双踪示波器、分束镜、反射镜、二维可调扩束镜、白屏、驱动电源、光电探头、信号线等二、实验原理1. 压电效应压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解说晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，进而体现压电现象，所以压电陶瓷的压电性与极化、形变等有亲密关系1) 正压电效应：压电晶体在外力作用下发生形变时，正、负电荷中心发生相对位移，在某些相对应的面上产生异号电荷，出现极化强度对于各向异性晶体，对晶体施加应力时，晶体将在 X ，Y，Z 三个方向出现与应力成正比的极化强度， 即：E = g·T（g 为压电应力常数），2) 逆压电效应：当给压电晶体施加一电场 E 时，不单产生了极化，同时还产生形变 ，这类由电场产生形变的现象称为逆压电效应，又称电致伸缩效 / 应。
这是因为晶体受电场作用时，在晶体内部产生了应力（压电应力） ，通过应力作用产生压电应变存在以下关系：S = d·U（d 为压电应变常数）对于正和逆压电效应来讲， g 和 d 在数值上是同样的2. 迈克耳逊干预仪的应用迈克耳逊干预仪能够丈量细小长度上图是迈克耳逊干预仪的原理图分光镜的第二表面上涂有半透射膜，能将入射光分红两束，一束透射，一束反射分光镜与光束中心线成 45 °倾斜角 M1 和 M2 为相互垂直并与分束镜都成 45 °角的平面反射镜，此中反射镜 M1 后附有压电陶瓷资料由激光器发出的光经分光镜后，光束被分红两路，反射光射向反射镜 M1 （附压电陶瓷），透射光射向丈量镜 M2（固定），两路光分别经 M1、M2 反射后，分别经分光镜反射和透射后又会集， 经扩束镜抵达白屏，产生干预条纹M1 和 M2 与分光镜中心的距离差决定两束光的光程差 因此经过给压电陶瓷加电压使 M1 随之振动，干预条纹就发生变化因为干预条纹变化一级，相当于丈量镜 M1 挪动了 λ/ 2，所以经过测出条纹的变化数便可计算出压电陶瓷的伸缩量三、实验步骤1) 将驱动电源分别与光探头，压电陶瓷附件和示波器相连，此中压电陶瓷附件接驱动电压插口，光电探头接光探头插口，驱动电压波形和光探头波形插口分别接入示波器 CH1 和 CH2；2) 在光学实验平台上搭制迈克尔逊干预光路，使入射激光和分光镜成45度，反射镜 M1 和 M2 与光垂直， M1 和 M2 与分光镜距离基真相等；3) 翻开激光器，手持小孔屏察看各光路，适合调整各元件地点和角度，保证经分光镜各透射和反射光路的激光点不射在分光镜边沿上。
4) 遮住 M1，用小孔屏察看扩束镜前有一光点，再遮住 M2 分辨另一光点，分别调整 M1 和 M2 的倾角螺丝直至两光点重合， 并调整扩束镜地点使其与光点同轴，察看白屏上出现干预条纹，再频频调整各元件，最好能达到扩束光斑中有 2 到 3 条干预条纹5) 翻开驱动电源开关，将驱动电源面板上的波形开关拨至左侧“—”直流状态，旋转电源电压旋钮， 可发现条纹随之挪动； 每挪动一条干预条纹，代表压电陶瓷伸缩位移变化了半个波长，即 650/2nm=325nm用笔在白屏上做一参照点将直流电压降到最低并记录，沉静一段时间，等条纹稳定后，迟缓增添电压，察看条纹挪动，条纹每移过参照点一条，就记录下相应的电压值；测到电压靠近最高值时，再丈量反方向降压过程条纹反方向挪动对应的电压变化数据由所测数据做出电压 - 位移关系图，并求出压电常数6) 取下白屏，换上光电探头， 翻开示波器 将示波器至于双踪显示， CH1 触发状态将驱动电源波形拨至右边“ m”三角波， CH1 察看到驱动三角波电信号， CH2 察看到一系列近似正弦波的波形代表干预条纹经光电探头变换的信号，条纹挪动的级数多少反应压电陶瓷伸缩长度的大小，即在三角波一个周期内正弦信号周期的数目反应压电陶瓷的振幅。
将驱动幅度调到最大，光放大旋钮调到最大，改变驱动频次，记录随驱动三角波频次（周期）变化的正弦信号周期数目， 领会压电陶瓷的频次响应特征四、数据办理1. 位移 - 电压特征曲线的绘制和均匀压电常数的计算位移 /nm032565097513001625U 升/V455101142180216U 降/V43274114158206由位移 - 正向电压特征曲线斜率可知，压电常数d1= 7.67（nm/ V）由位移 - 反向电压特征曲线斜率可知，压电常数d2= 7.92（nm/ V）则压电常数 d = （d +d ）/ 2 = (7.67+7.92)/2 = 7.80（nm/ V）122. 振幅、周期、速度的计算我们选用某一特定周期下的图象来计算振幅、周期和速度1）振幅从右图能够看出，在三角波的一个周期内，总合有 10 个周期的正弦波因为一个正弦波代表压电陶瓷挪动的距离为λ/ 2.则：振幅A == 3250nm2）周期振动与加在它两头的电压呈正比，则振动的周期即为CH1的周期，周期T = 996.0μs3）速度振动的速度为半个波长除以时间，这个时间是 CH2 的周期，即：v = = ·f = 325×10-9 m × 92.4285Hz ≈ 3.00 ×10-5 （m/s）3. 改变驱动电压频次来察看波形特征的变化CH1周期 / μ sCH1频次 / HzCH2周期 / msCH2频次 / Hz9961004.010.8292.48161225.48.55116.92683731.35.60178.42404166.65.12195.0由表可知，当 CH1驱动频次变大时， CH2 波形的频次不停增大。
也就是说速度不停增大，周期不停减小五、剖析议论（提示：剖析议论许多于 400 字）1. 迈克尔逊 ?涉装置以及压电陶瓷装置能够测得压电陶瓷的压电常数， 从实验数据得出偏差的主要原由有：①光程差没有控制得 ?分精准，致使 ?涉条纹察看困难，调整电压时难以察看与暗条纹重合，使得丈量电压出现较大偏差；②迈克尔逊干预仪光路搭建存在偏差，使得射 ?光电探头的光路不 ?分稳固，让振动的波存在偏差，难以清楚地数出 ?个周期内峰值的数目，从 ?造成计算结果的偏差；③反射镜没有完整垂直造成偏差 在实验中发此刻白屏上出现的是等厚干预条纹，此时的光程差公式与等倾干预不太同样，这将对我们的计算过程产生较大影响2. 对于正逆压电效应中压电常数，课本上没有对其大小和关系作出说明，我经过查阅资料发现：正压电效应实质上是机械能转变为电能的过程当在压电资料表面施加电场，因电场作用时电偶极矩会被拉长，压电资料为抵挡变化，会沿电场方向伸长，这类经过电场作用而产活力械形变的过程称为 “逆压电效应”逆压电效应实质上是电能转变为机械能的过程假如外界电场较强，那么压晶体管还会出现电致伸缩效应（ electrostricTIon effect ），即资料应变与外加电场强度的平方成正比的现象。
能够证明，正压电效应和逆压电效应中的系数是相等的， 且拥有正压电效应的资料必定拥有逆压电效应六、实验结论1. 使??波器察看压电陶瓷振动的幅度和频次，只改变频次的时候，每个三?波周期内的振动 ?涉的峰数不发 ?改变，代表 ?涉的振幅不发 ?改变只改变振幅的时候，三 ?波周期内的峰数发 ?改变，代表振幅发 ?改变可是频次不发 ?改变，由此能够计算得随意 ?点的速度2. 本次实验我们经过改变驱动电压察看干预条纹的挪动，认识了压电陶瓷的逆压电效应，并求得了压电常数七、原始数据（要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）。