基于DSP的压电材料参数测试系统

作     者：谢静菁 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾亦可

授予年度：2009年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

主      题：压电参数 自动化测量 谐振频率 DSP Labview 

摘      要：压电材料是一类重要的高新技术材料,在信息激光、导航和生物等领域应用广泛。压电材料参数对于压电材料的性能表征有着不可估量的作用,例如机电耦合系数kp表征了压电材料电能和机械能之间的转换关系,Qm表征了压电振子谐振时机械损耗的大小。目前压电材料参数测试系统往往测试功能单一,测试的压电参量有限,如测量压电材料的谐振频率时基本都借助于阻抗参数测试仪,通过手工计算得到其他压电参数。目前的阻抗测试仪,尤其是惠普阻抗测试仪已经达到了测试结果精确且技术成熟的地步,但这种方法存在的弊端是测试过程繁琐,自动化程度低,材料测试周期过长,效率低下。 针对上述问题,本文研究了一种基于动态法的压电陶瓷材料参数自动测试系统,该测试系统能够测量多达十三个压电参数,测量过程完全自动化,无需人工干预,测试结果自动显示。本文首先系统介绍了目前国内外各种压电材料参数测量的方法,并予以对比,分析了目前压电测量方法中存在的一些问题和基于DSP的压电测量原理,然后给出了硬件及软件的设计思想和实现方法。 本课题根据实验室现有实际情况以及市场需求,确定了基于DSP的测试方法,即利用TMS320F2812为主要控制芯片,完成数据采集,传输以及控制等各项功能。文中提出了一种比传统测量方法更为简单并且测量误差较小的测试方法,完成了包括硬件及软件算法的整体设计。 在硬件设计方面,主要完成了高精度自动扫频信号源、LCD的接口电路以及人机接口通讯设备的设计。 在软件方面,研究了谐振频率点测量过程中自动寻找极值算法,完成了高精度信号源和液晶屏显示的驱动程序编写以及上下位机的串口通讯程序。另外采用虚拟仪器技术编写参数测试界面。对比以往的压电参数测量方法,利用本系统测量压电参数大大缩短了测量时间,提高了整个工作效率。