含籽晶石英晶片压电效应特性研究

摘要

随着中国航天工业的高速发展，火箭发动机推力不断加大，对压电测试系统测试提出了较高要求。由于压电晶片加工制造尺寸受到石英晶体自身生长的限制，导致纯净石英晶片测试范围逐渐难以满足测试需求。因此研究含有籽晶石英晶片压电效应对大推力测试具有重要意义。 对籽晶晶片及石英晶片进行显微观测、X射线衍射测试及应用压电效应理论基础和弹性力学Neumann原理推导出籽晶晶体及石英晶体的正压电效应矩阵，分析了压电传感器对X0°切型籽晶晶片与Y0°切型籽晶晶片选择及各切型晶片加工制作要求，为后续测试的结构设计及实验方案提供了理论支持和铺垫。 对晶片测试夹具进行方案设计与选取。根据晶片测试要求，设计了不同结构的测试夹具，利用ANSYS Workbench进行静态、模态仿真分析。通过对比两种测试夹具仿真结果，最终选取符合测试要求夹具结构。 对晶片及晶组进行静、动态标定实验。对不同切型的含籽晶石英晶片与纯净石英晶片进行静态及准静态性能测试，以及对不同籽晶含量晶片的测试结果进行对比，得到籽晶晶片测试输出规律。对双籽晶晶组、籽晶-石英晶组及双石英晶组进行静态标定实验，得到双籽晶晶组及籽晶-石英晶组与双石英晶组具有相似的测试特性。 对籽晶及石英传感器进行静、动态实验。对具有相同测试平台结构的籽晶传感器及石英传感器进行标定实验。根据静态标定实验得到的测试结果，经过计算得到主、侧向灵敏度、非线性误差、重复性及各项向间干扰。籽晶传感器与石英传感器从静态指标相比，差距极小。通过锤击法对两种传感器进行动态实验，通过对比两种传感器主、侧向一阶固有频率值，可以得到：籽晶传感器三向一阶固有频率小于石英传感器三向一阶固有频率。籽晶传感器同样满足力测试要求，可用于矢量力测试。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 籽晶研究现状

1.2.2 压电测试研究现状

1.3 本文研究主要内容

2 籽晶及籽晶晶片压电性能研究

2.1 籽晶物质机理

2.2 籽晶晶片压电性能

2.2.1 籽晶晶体与石英晶体的结构对比

2.2.2 压电效应理论基础

2.2.3 籽晶晶片yx和xy切型晶片压电效应

2.3 本章小结

3 晶片测试夹具及加载方案设计

3.1 压电测试夹具设计

3.2 测试结构加载力值确定

3.3 测试夹具设计方案

3.3.1 高阻抗双面夹具设计

3.3.2 高阻抗便携夹具设计

3.4 静态标定装置选定

3.5 本章小结

4 籽晶晶片与石英晶片对比实验研究

4.1 静态标定系统

4.2 单片测试晶片静态标定实验及特性分析

4.3 晶组静态标定实验及特性分析

4.3.1 yx切型晶组及xy切型晶组切型组合分析

4.3.2 yx切型晶组及xy切型晶组静态标定实验

4.4 本章小结

5 籽晶传感器与石英传感器对比实验研究

5.1 传感器静态实验标定

5.1.1 传感器标定系统及标定步骤

5.1.2 籽晶传感器性能

5.1.3 石英传感器性能

5.2 传感器动态标定实验

5.2.1 籽晶传感器三向固有频率

5.2.2 石英传感器三向固有频率

5.3 本章小结

结论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书