圧電試料の超音波共振スペクトル測定におけるパワーアンプの応用

実験名

圧電試料の超音波共振スペクトル測定

研究分野

圧電材料の特性評価

実験内容

電極をめっきした条件とめっきしていない条件で、圧電試料の超音波共振スペクトルを測定します。

実験目的

圧電試料の超音波共振スペクトルを測定して複数の共振モードを同定し、圧電材料の弾性係数と圧電係数を逆算します。

使用機器

実験手順

コンピュータでロックインアンプを制御し、50kHz〜2MHzの掃引信号を出力させます。この信号をパワーアンプで増幅して超音波トランスデューサの励振信号とし、試料に高周波振動を発生させます。振動は受信側の超音波トランスデューサで受信され、ロックインアンプに戻されて処理されます。こうして試料の超音波共振スペクトルが出力され、そこから試料の複数の共振周波数を同定できます。これをもとに、圧電試料の弾性係数と圧電係数を逆算します。

実験結果

図2(a)は、超音波共振スペクトル測定システムで測定した、電極をめっきしていない圧電セラミックス直方体試料の超音波共振スペクトルです。

図2(b)は、電極をめっきした圧電セラミックス直方体試料の超音波共振スペクトルの測定結果です。各ピークが1つの共振周波数に対応しています。スペクトルから読み取った複数の共振周波数を用いて求めた弾性係数は、超音波パルス法による値との相対誤差が3%未満でした。

本実験におけるアンプの役割

ロックインアンプが出力する掃引信号を増幅して超音波トランスデューサの励振信号とし、圧電試料に超音波振動を発生させて測定を行います。

本アンプを選定した理由

帯域幅と増幅率が要求をちょうど満たしており、測定結果が安定しているためです。