CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
2.4. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ÁP ĐIỆN
Một vấn đề mà những người làm gốm áp điện phải chấp nhận là: vật liệu áp
điện là loại vật liệu chuyển đổi năng lượng giữa điện và cơ có tổn hao, do đó rất
khó thiết kế được một máy đo trực tiếp các thông số áp điện. Hiện nay, máy đo
trực tiếp hệ số áp điện d33 bằng phương pháp Berlincourt đã được chế tạo, nhưng số liệu chỉ có tính biểu kiến. Từ lý thuyết đã được xây dựng trên cơ sở các phương trình trạng thái, một phương pháp đo và tính tốn các thơng số áp điện đã được
xây dựng thông qua phép đo gián tiếp các thông số tần số và trở kháng Z (hoặc độ dẫn G) của vật liệu tại vùng tần số gần cộng hưởng, sau đó tính tốn các thơng số dựa theo các chuẩn về áp điện IRE 179-1961 (“chuẩn 61”) [51] và IEEE 176-1987 (“chuẩn 87”) [52].
Các thiết bị phân tích trở kháng ngày càng được hiện đại với phổ đo rộng hơn, thơng số đo được đa dạng, có thể kết nối máy tính để lưu dữ liệu dễ dàng hơn. Một vài loại máy hiện đang được sử dụng ở Việt Nam như HP 4192, HP4193, HP4194, HIOKI 3532-50, Agilent 4396B [3], mỗi loại có một dải tần số sử dụng khác nhau, thích hợp với các yêu cầu đo và phân tích các thơng số của vật liệu áp điện.
Chuẩn 61 khá rõ ràng, hướng dẫn cụ thể cách chuẩn bị mẫu, cách đo và tính
tốn nên áp dụng được ngaỵ Nội dung của chuẩn 61 được tóm lược như sau:
Mẫu gốm được cắt theo hình dạng và kích thước thích hợp, sau đó được kích
thích dao động nhờ hiệu ứng áp điện nghịch. Khi tần số kích thích của trường ngồi gần với tần số dao động áp điện đặc trưng của mẫu, biên độ ứng suất sẽ lớn nhất.
Do hiệu ứng áp điện thuận, trên bề mặt các điện cực của mẫu cũng xuất hiện tín
mạnh. Như vậy, nếu ta ghi lại được dao động cơ của mẫu bằng tín hiệu điện, thì tín hiệu này phản ánh hình ảnh của dao động cơ cưỡng bức.
Từ các kết quả giải bài toán truyền sóng âm trong mơi trường áp điện và sử
dụng sơ đồ thay thế tương đương (mơ hình Van Dyke - Butterworth, hình 2.9a),
chúng ta có thể mô tả mẫu áp điện ở quanh điểm cộng hưởng như hình 2.9c.
(a) (b) (c)
Hình 2.9. Sơ đồ tương đương mẫu dao động áp điện tại gần cộng hưởng:
(a) Sơ đồ tương đương của một phần tử áp điện, (b) Các phẩn tử trở kháng (c) Các phổ trở kháng quanh điểm cộng hưởng.
Khi sử dụng mơ hình thay thế tương đương, ta cần quan tâm phân biệt 3 cặp
tần số quan trọng để tính các thơng số áp điện, đó là:
* fs = 1 1 2 1 C L