常見(jiàn)的阻抗器件多為非線性，如金屬氧化物和金屬鉑等電阻器件的阻抗--溫度曲線便是典型的非線性曲線。超聲波電機(jī)的壓電陶瓷定子的阻抗特性，其工作電壓一般在100V峰峰值以上，且阻抗模值存在諧振點(diǎn)和反諧振點(diǎn)，諧振點(diǎn)處阻抗最小，反諧振點(diǎn)處阻抗最大，本文利用基本的大電阻并聯(lián)及小電阻串聯(lián)式電壓電流表原理，基于LabVIEW程序和配套的NIPXI模塊化儀器設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)壓電陶瓷定子進(jìn)行了不同激勵(lì)電壓幅值下的掃頻阻抗測(cè)定，分析了其諧振點(diǎn)和反諧振點(diǎn)頻率，以及不同激勵(lì)電壓幅值下的圖像偏移。

基于LabVIEW的工作電壓下壓電陶瓷阻抗測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)如下：

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

測(cè)試系統(tǒng)主要由LabVIEW程序，模塊化儀器信號(hào)發(fā)生器、功率放大器，調(diào)理分壓電路和模塊化儀器數(shù)據(jù)采集卡組成。首先計(jì)算機(jī)程序控制信號(hào)發(fā)生器掃頻的起止頻率、電壓幅值等，再由功率放大器將電壓按照指定的比例放大至所需的電壓幅值，加到待測(cè)阻抗上，再由調(diào)理分壓電路將電壓和電流線性放大或縮小至采集卡的量程以內(nèi)，由數(shù)據(jù)采集卡采集電壓電流等數(shù)據(jù)，并再LabVIEW內(nèi)部處理數(shù)據(jù)。

測(cè)試結(jié)果：

(1)功率放大器對(duì)壓電陶瓷定子進(jìn)行不同電壓幅值的單相激勵(lì)源測(cè)試，在20V下測(cè)定得到的阻抗模值和阻抗角隨頻率變化的圖像：

(2)利用本系統(tǒng)對(duì)較高工作電壓120V峰峰值下的壓電陶瓷進(jìn)行阻抗測(cè)定：

從測(cè)定圖像可看出，在20V和120V工作電壓下，阻抗模值圖像均反映出諧振點(diǎn)和反諧振點(diǎn)，諧振點(diǎn)處阻抗模值最小，反諧振點(diǎn)處最大。阻抗角在諧振頻率和反諧振頻率之間產(chǎn)生了跳變，其余頻段始終處于-90°左右。

比較不同電壓的測(cè)定圖像可以發(fā)現(xiàn)，高電壓下阻抗特性曲線略微有所偏移，諧振點(diǎn)的頻率略微有所左移，從20V時(shí)的77.7KHz，偏移到了120V時(shí)的77.2KHz左右，這說(shuō)明，壓電陶瓷在不同電壓激勵(lì)情況下，諧振點(diǎn)的頻率會(huì)發(fā)生偏移，隨著電壓逐漸升高諧振頻率點(diǎn)回逐漸下降，意味著正常工作電壓阻抗特性測(cè)試的結(jié)果會(huì)更加準(zhǔn)確；無(wú)論電壓幅值如何，阻抗角峰值均在50°~60°左右。根據(jù)電路基本定理可知，在諧振頻率和反諧振頻率之間，壓電陶瓷為阻容或阻感特性，對(duì)外界做機(jī)械有功，其他頻率段始終為-90°的純?nèi)菪蕴匦?，不?duì)外做功。