LGS與石英壓電傳感器性能對比研究.pdf

1、石英傳感器因其靜態(tài)剛度好，靈敏度高、分辨率高，固有頻率高、頻響和瞬態(tài)響應好，穩(wěn)定性好等特點，從上世紀40年代問世以來，取得了長足的發(fā)展，在許多科學領域和工程測試中發(fā)揮著不可替代的作用。
　　然而人類對于功能性材料高品質、高性能的追求從來都沒有停止。隨著人工晶體技術的不斷完善，新型壓電性晶體種類不斷增多。其中，硅酸鎵鑭(La3Ga5SiO14，LGS)晶體是一種性能優(yōu)異的新型壓電晶體材料。因其常溫下的壓電系數約為石英的2-3倍，至熔

2、點(1300-1500℃)不存在相變，且同時具備比石英晶體更高的阻抗，更大的介電常數和機電耦合系數的性能特點，從而得到了廣泛的關注。LGS晶體在諧振器、光電開關和濾波器中已經得到了應用，但在測力傳感器方面還沒有公開的報道。
　　本文開展了LGS與石英壓電傳感器的性能對比研究，進行了LGS晶片加工工藝、特定切型LGS晶片壓電靈敏度系數和晶組制備等實驗研究。研發(fā)了一種LGS三向力傳感器，并對該傳感器進行了靜態(tài)標定和動態(tài)標定，獲得了其性

3、能參數。主要研究內容有:
　　(1) LGS晶片的制備工藝研究。制作LGS傳感器的重要前提是獲取具有確定靈敏度系數的xy切型和yx切型壓電晶片。本文基于壓電晶體切削實驗得到了主軸轉速與進給速度優(yōu)化工藝參數，獲得了設計尺寸與表面參數均符合要求的晶片。完成了對晶片各個晶軸方向的標定，為單元晶組的制作過程中晶片方向的定位提供依據。
　　(2) LGS晶體壓電效應研究。通過對比石英晶體，從微觀結構上研究LGS壓電效應。自主開發(fā)設計了

4、一套晶片壓電系數測量設備，完成了晶片壓電系數的標定，實驗表明LGS-xy切型的壓電系數是5.5pC/N，LGS-yx切型的壓電系數是11.0pC/N。
　　(3) LGS與石英壓電傳感器性能對比研究。本課題開發(fā)了結構相同的LGS壓電傳感器和石英壓電傳感器，設計并搭建了靜態(tài)及動態(tài)標定實驗平臺，分別對集成后壓電傳感器進行靜態(tài)與動態(tài)標定實驗。分別得到了傳感器的線性度、重復性、向間干擾、剛度和固有頻率性能指標。經標定實驗得到LGS傳感器的