F4Discovery板做的压电材料参数测试装置

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F4Discovery板做的压电材料参数测试装置 [复制链接]

         其实这个是作为我的毕业设计用的。现在想用它说明一下，我也曾经用过stm32F4系列的单片机，stm32f7和f4系列有着共通之处，想用这个求一个好项目去加入。求大腿

         先说一下压电材料，主要应用于利用正压电效应的压电换能器与利用逆压电效应的压电驱动器但不限于此。我们就对压电材料的参数进行测试，主要测试的参数有他的压电材料阻抗Z、串联谐振频率fs、并联谐振频率fp、机械品质因数Qm、静态电容C等重要参数。因为我是首次接触，也木有研究生姐姐带，所以就先测量这几个参数了。我买的压电材料只有谐振频率1.5MHz、直径2，谐振频率3MHz，直径1的PZT（貌似是这个）压电陶瓷圆片。
         压电材料等效电路图：  

         测量原理：采用动态谐振法来实现压电材料参数的测量，其基本原理是用外加电场激励某种特定振动类型的压电振子，通过逆压电效应进行机电耦合，产生机械谐振，通过振子在谐振点附近的阻抗与频率直接的函数关系，可以计算出来压电材料的弹性，介电常数、压电常数等系数。
    设计思路：

       基于动态谐振法的压电参数测试方法，主要设计思路就是将待测样品与量程电阻串联，将信号源产生的周期信号加载至测试线路两端，通过采样芯片同步测量待测样品与量程电阻两端的电压，当发生串联谐振时，压电材料显现为纯阻抗，通过此时压电材料与标准电阻两端电压比值，从而计算出待测样品的阻抗值。通过扫频可以得到待测样品的阻抗-频率谱，对应阻抗幅值的变化可以找出样品的串联谐振频率和并联谐振频率，串联谐振频率对应的阻抗值为待测样品的动态电阻值。结合以上的参数可以推算出对应的压电参数。本系统采用动态法可以测量的参数有机械品质因数Qm，串联谐振频率fs，并联谐振频率fp，自由电容Cap，动态电阻Res等。

    测量系统框图：

                                   

      使用F429-Discovery系统板：

以ARM Cortex-M4内核的STM32F429ZIT6作为主控芯片，通过控制DDS 芯片AD9850产生可控频率的正弦波，加载到测试电路两端，通过采集样品两端的电压值，进行运算得到相应参数并显示存储。具体实现系统的功能需要以下几个模块进行设计：

1.      核心控制模块（由MCU芯片与最小系统构成）

2.      信号源部分（由AD9850与有源晶振构成）

3.      数据采样模块（由RF功率检波器LTC5507电路构成）

4.      样品测试模块（标准电阻、样品与夹具）

5.      外设控制显示模块（按键与TFT彩色触摸屏构成）

6.      电容测量模块（由555振荡器和外部电路构成）

7.      串口模块（PL2303芯片与外部电路构成）

检波电路：

这个检波芯片范围是100Khz到1Ghz，性能挺棒的，外围电路也很简单。

屏幕显示效果：

     使用了Background层与Layer1层。将背景文字与图文框放置在Background层，将显示与设置的数字显示在Layer1层。通过在屏幕特定区域设定了8个按键，分别为“MOVE”，“+100”，“+1K”，“*10”，“-100”，“-1K”，“/10”，“ENTER”。通过按下MOVE去调节控制起始频率、步进频率或者截止频率的设置。通过改变数字按键去调节当前需要设置频率的范围大小。按下“ENTER”按键开始执行当前设置的信息，或者执行过程中按“ENTER”键退出。（Ps：下面的图框本来想着有时间加上绘制的曲线实时显示，其实也不难，但是木有时间了，只是绘制了正弦曲线）

程序流程图:

这是一个1.5MHz压电材料的谐振曲线图：

分别是一次谐振点和三次谐振点的曲线。但是由于本次考虑的设计范围，只是针对了这两种压电材料（1.5M和3M）进行测试，所以没有在AD9850后加高速运放去放大电压，所以在三次谐振的曲线会呈现下降的趋势（DDS输出衰减）。

串联谐振并联谐振等都可以测得比较精确，但是那个电容，，，好头疼，不知道怎么引入了一个大电容（手焊的板子，洞洞板），在改变电容的时候好艰难，压电片的电容太小，想用软件补偿都没办法，电容测不准。

就先说这么多吧，感觉好多东西都没有提到，尤其是，不能复制word公式。。。假如对这个东西有疑问可以联系我，很乐意讲解。

最后再说一遍，虽然东西做的很简陋，但是用到了不少的M4的资源，如定时器，捕获，uart，去控制一些外围的电路如ad9850模块，触摸屏等，求大腿，求大腿，求大腿带F7！让我这个小菜鸟学习的更多知识。