全文总字数：3047字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

1880年，居里兄弟发现，当给电气石沿一定方向施加力而使之变形时，电气石的两个相对表面上就会出现正负相反的电荷，当外力去掉后，又会恢复到不带电的状态；当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变，他们将这种效应称为压电效应，这就是人们现在所说的正压电效应。1881年，居里兄弟又通过实验验证了逆压电效应，即在电介质的极化方向上施加电场，电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失。不管是正压电效应还是逆压电效应，人们把具有压电效应的介质统称为压电材料，其本质就是能够将机械能和电能相互转换的功能型材料。目前，从人们的日常生活到国家的国防军事，压电材料在众多领域都得到了广泛应用，比如用压电材料将外力转换成电能的特性，可以生产出不用火石的压电打火机、煤气灶打火开关、炮弹触发引信等；此外，压电材料还可以应用于扩音器、电唱头等电声器件；利用压电效应制作的压电微位移器具有精确控制的功能，是精密机械、微电子和生物工程等领域的重要器件。尽管压电微位移器具有易调节、工作稳定、精度高等优点，但因为压电材料发生形变的本质是在外加电场的作用下使压电材料内部的极化状态发生变化的结果，这种极化如果状态的变化跟不上外加电压的变化，就会出现迟滞现象，使得压电材料的压电系数在电压变化的过程中有微小的变化，即基于压电材料的微位移器的形变量随电压的变化有一定的非线性，因此，在使用压电微位移器的过程中要首先明确电压与形变之间的关系，二者之间的关系称为压电材料的电压-位移特性，如果在一个电压变化周期内测试，所得到的结果也称为压电材料的迟滞特性或驱动特性本课题的目的是基于迈克尔逊干涉原理，以压电陶瓷管为测试对象，建立一个开放的、可供学生自己搭建测试系统的压电陶瓷管电压-位移曲线（迟滞回线）测量平台，让学生通过开放的实验平台，直观掌握基于光的干涉原理测量压电材料电压-位移曲线（迟滞回线）的实验系统组成、实验操作和实验原理，切实提高学生的实验动手能力和对知识的理解能力与应用能力。

国内外研究现状

重庆大学王代华，朱炜在《WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性建模与实验验证》为了模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间的迟滞曲线，通过采用 Bouc-Wen 模型模拟迟滞分量，提出了一种表征 WTYD 型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间迟滞关系的 Bouc-Wen 模型并建立了相应的参数辨识方法。 为了验证 Bouc-Wen 模型及其相应的参数辨识方法的有效性， 建立了相应的实验装置并对模型进行了实验验证。但是精度并不是很理想。Ikhouane 和 Rodellar 用 Bouc-Wen 模型描述压电陶瓷微位移器构成的微位移平台系统的迟滞曲线 ，取得了比较好的效果， 但其参数辨识过程较为复杂，实验成本比较高，不利于推广。大连理工大学崔玉国，孙宝元，董维杰，杨志欣等人在《压电陶瓷执行器迟滞与非线性成因分析》从微观上系统分析了电致伸缩效应、逆压电效应和铁电效应的位移机理， 表明:三种效应的位移机理是根本不同；压电陶瓷执行器的位移主要是由逆压电效应、铁电效应所引起的，电致伸缩效应对位移的贡献极其微弱，可以忽略不计;单纯的逆压电效应是线性的，而铁电效应则是迟滞非线性的。指出了非 180电畴转向与转向的不完全可逆， 分别是造成压电陶瓷执行器非线性和迟滞的根本原因。通过实验研究了驱动电压幅值、驱动电压频率、驱动循环次数及晶片厚度对压电陶瓷执行器迟滞和非线性的影响。中国科学技术大学王中平，张权等人在《激光散斑照相法测量压电陶瓷管的电压响应位移特性》采用激光散斑相关法来测量压电陶瓷的压电位移特性并标定其线性区间．利用氦氖激光器作为光源，结合ＣＣＤ成像技术辅助采集散斑图像，测量压电陶瓷管的电压响应位移特性，实现电压驱动的微小位移量的测量．采用计算机程序处理图像，计算不同电压对应的位移量的大小。但实验结构复杂，成本较高。以上国内外研究状况表明，目前对本课题的研究并不多，而且还存在诸多成本高，实验操作复杂的问题。可见，本课题的研究还是具有很大的补充意义的。

2. 研究的基本内容

本课题的研究内容主要有以下几个方面：（1）基于迈克尔逊干涉原理出发，简要介绍基于光的干涉的压电陶瓷磁滞回线测量系统设计；（2）进行相关实验，根据数据进行分析，与理论结果进行对比；（3）结合国内外研究现状说明此课题的优势。

（4）该课题结论在平时物理实验教学中应用。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：（1）首先了解迈克尔逊干涉原理，了解实验室目前所有的激光器，分束镜，压电陶瓷，示波器等实验仪器，为后期的实验做理论准备；（2）进行基于光的干涉的压电陶瓷磁滞回线测量系统设计与实现相关实验，并记录数据，需进行多次测量，确保实验的真实性和可靠性；（3）根据实验结果，进行定量的分析、计算，得出初步结论；（4）根据计算结果，与指导教师探讨实验需改进的地方，进行归纳总结，进一步完善实验结果。

进度安排：2017年12月下旬-2月和老师联系，根据自己的兴趣方向确定研究课题，并进行文献查阅，认真阅读相关文献，并完成任务书的撰写，修改并提交；2018年3月撰写开题报告，进行修改并提交。同时开始进行外文文献的翻译；2018年3月-4月上旬 进行相关的实验，记录并分析实验数据，开始撰写毕业论文，并完成初稿交与老师修改，并上交译文；2018年4月中旬-5月上旬对初稿中老师提出的修改意见进行修改，完成最终定稿；2018年5月下旬完成毕业论文的撰写，准备答辩。

4. 参考文献

（1）丁文明，王代华，一种压电陶瓷执行器动态驱动电源[J].压电与声光，Vol. 30(3)，2008，PP.297-300。（2）王岳宇，赵学增，补偿压电陶瓷迟滞与蠕变的逆控制算法[J]，光学精密工程，Vol.14(6)，2006，PP.1032-1040 。（3）蔡鹤皋，孙立宁，安辉，压电电致伸缩微位移器件与应用[J]，高技术通讯，Vol.(6)，1994，PP.37-40。（4）张涛，孙立宁，蔡鹤皋.压电陶瓷基本特性研究[J].光学精密工程，Vol.6 (5)，1998，PP，26-32。（5）张福学，孙慷，压电学[M]，北京:国防工业出版社，1984.119-120，440-445。（6）张福学，王丽坤.现代压电学[M] .北京:科学出版社， 2002:PP.93-97。（7）裴世鑫，崔芬萍，光电信息科学与技术实验[M]，北京：清华大学出版社，2015。（8）SC Hwang，RM Mcmeeking，A finite element model of ferroelastic polycrystals[J]， Ferroelectrics，Vol.211(1)，1998，PP.177-194.（9）CHANG H T，TIM O THY N，Control of nonlinear piezoelectric stack using adaptive dither[A]，Proceedings of the American Control Conference I J un 21-23 [ C] ，1995，PP.76-80。