压电式传感器和执行器具有结构简单、响应速度快、高频适用性强、驱动和处理电路简单等特点,在精密位移和定位、声学及力学量的检测等方面已经得到了广泛的应用。压电薄膜材料是适用于MEMS器件的功能薄膜材料,其中,PZT薄膜具有较高的压电性能,受到研究者的青睐。本论文的主要任务是测量微小力压电传感器研究小组研制的微压电传感器换能材料PZT薄膜的纵向压电系数和电滞回线。 本文对压电微力传感器及压电材料的发展作了简要介绍,详细探讨了压电学基础理论及压电系数、电滞回线测量基础理论和测量方法。主要开展如下两个方面研究工作: 1、组建基于原子力显微镜和锁相放大器的纵向压电系数测量系统,采用标准石英薄膜对原子力显微镜的悬臂形变与光敏检测信号间关系进行标定,完成压电薄膜纵向压电系数测量。本方法与适用于块体材料的准静态法测量的数据对比,表明本套测量系统可以测出可靠的纵向压电系数。 2、建立基于虚拟仪器技术的PZT薄膜电滞回线测量系统,通过LabView程序控制整个测量过程。使用研制的电滞回线测量电路,对PZT薄膜施加激励电场和完成极化电荷采集。针对PZT薄膜电滞回线受材料体漏导和线性电容影响较大这一问题,提出了一种新的电滞回线软件补偿算法,结合MatLab程序对电滞回线进行实时补偿计算。经试验验证本套测量系统运行稳定,可以快速准确完成薄膜电滞回线测量和参数显示、存储。 通过本文研究工作,准确测得了本课题组研制的PZT压电薄膜的纵向压电系数和电滞回线参数,为课题的进展作出了一定的贡献。