[工學]基于agilentvee的電學性能軟件測試系統(tǒng)設計與開發(fā)

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1、中北大學2012屆畢業(yè)說明書1緒論1.1課題背景及意義本課題以國家自然科學基金（青年基金）項目“基于MEMS技術的反鐵電厚膜微懸臂梁場致效應研究”為背景[1-2]。研究計劃要點：（1）研究制定PLZT反鐵電厚膜異質集成及工藝的優(yōu)化方案，完成PLZT基反鐵電厚膜的介電性能測試分析，研究其相變行為特性與規(guī)律。（2）硅基反鐵電微懸臂梁結構的有限元仿真分析，設計制造反鐵電厚膜微懸臂梁驅動構件。（3）完成反鐵電厚膜的微驅動構件的響應執(zhí)行能力的測試與評估。意義：當今，智能儀器[3]已經(jīng)成為了儀器發(fā)展的必然方向，儀器與計算機的高速穩(wěn)定通訊及可編程控制是實現(xiàn)智能儀器的基本手段。本課題要完成的任務就是使用

2、SCPI指令，通過VEE軟件實現(xiàn)電流、電壓、電容這些物理量的自動采集。通過查閱相關資料掌握相關儀器的SCPI指令的編寫方法，了解VEE軟件的開發(fā)環(huán)境，以及它在控制儀器設備、測試測量軟件的開發(fā)及應用方面的優(yōu)勢。本課題的意義在于通過對儀器儀表的編程控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集。1.2主要研究內容本課題主要進行基于虛擬編程語言的電學性能軟件測試系統(tǒng)設計與開發(fā)，完成以下內容：（1）了解PLZT反鐵電材料相變機理及相關測試原理；（2）掌握利用工控軟件實現(xiàn)自動測試的方法；（3）掌握VEE虛擬程序語言的設計方法；（4）熟練應用VEE虛擬程序語言；（5）掌握GPIB、RS-232等接口與計算機的通訊方法；（

3、6）編寫介電溫譜、偏壓、頻譜、電流電學性能自動測控軟件系統(tǒng)。1.3鐵電性與鐵電相變在一些電介質晶體中，晶胞的結構使正負電荷重心不重合而出現(xiàn)電偶極矩，產生不等于零的電極化強度，使晶體具有自發(fā)極化，晶體的這種性質叫鐵電性[4]（ferroelectricity）。有一類物體在轉變溫度以下，鄰近的晶胞彼此沿反平行方向自發(fā)極化。這類晶體叫反鐵電體[5-6]。反鐵電體一般宏觀無剩余極化強度，但在很強的外電場作用下，可以誘第40頁共40頁中北大學2012屆畢業(yè)說明書導成鐵電相，其P-E呈雙電滯回線，PbZrO3在E較小時，無電滯回線，當E很大時，出現(xiàn)了雙電滯回線。反鐵電體也具有臨界溫度-反鐵電居里溫

4、度。在居里溫度附近，也具有介電反常特性[7-8]。當溫度高于某一臨界溫度時，晶體的鐵電性消失，并且晶格亦發(fā)生轉變，這一溫度是鐵電體的居里點。由于鐵電性的出現(xiàn)或消失，總伴隨著晶格結構的改變，所以這是個相變過程。當晶體從非鐵電相（稱順電相）向鐵電相過渡時，晶體的許多物理性質皆呈反常現(xiàn)象。對于一階相變常伴隨有潛熱的發(fā)生，對于二階相變則出現(xiàn)比熱的突變。鐵電相中自發(fā)極化強度是和晶體的自發(fā)電致形變相關，所以鐵電相的晶格結構的對稱性要比非鐵電相（順電相）的為低。如果晶體具有兩個或多個鐵電相時，表征順電相與鐵電相之間的一個相變溫度，統(tǒng)稱為過渡溫度或轉變溫度。（在此附近時，介電系數(shù)常有迅速陡降的現(xiàn)象）。由

5、于極化的非線性，鐵電體的介電系數(shù)不是常數(shù)，而是依賴于外加電場的，一邊，以電滯回線中OA曲線在原點的斜率來代表介電系數(shù)，即在測量介電系數(shù)ε時，所加的外電場很小。鐵電體在過渡溫度附近，介電系數(shù)ε具有很大的值，當溫度高于居里點時，介電系數(shù)隨溫度變化的關系遵守居里-外斯定律[9]：。式中T0稱為特性溫度，他一般略低于居里點，C稱為居里常數(shù)，而代表電子極化對介電系數(shù)的貢獻，在過渡溫度時，可以忽略。1.4PLZT材料鋯鈦酸鉛鑭陶瓷(PLZT)是屬PZT鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷。是HaertlingGH在1970年用球磨和熱壓燒結工藝制備了透明的光電陶瓷PLZT[10-12]。一種鐵電陶瓷光電材料。其光學特

6、性可被電場或者通過拉伸或壓縮而改變。用于各種光電存儲器和顯示設備中。亦稱為摻鑭鋯[酸鉛]鈦酸鉛。第40頁共40頁中北大學2012屆畢業(yè)說明書2虛擬儀器系統(tǒng)與AgilentVEE虛擬儀器技術是20世紀90年代發(fā)展并興起的一項新技術，主要應用于自動測試、過程控制、儀器設計和資料分析等領域，其基本思想就是在測試系統(tǒng)或儀器設計中盡可能地用軟件代替硬件。虛擬儀器（VI）的出現(xiàn)是儀器測試測量領域的一個突破，代表著儀器測試測量發(fā)展的最新方向和潮流實現(xiàn)了測試測量技術和計算機技術的真正融合，是計算機技術和現(xiàn)代測量技術高速發(fā)展共同孕育出的一項新技術。VEE適用于產品的跟蹤測試，包括從產品設計、生產及品質控制

7、等一系列的產品制造過程，在VEE先前的版本中，VEE被認為僅僅在產品設計階段創(chuàng)建快速簡單的程序，但隨后的VEE5.0以及VEE6.0提供了一個速度更快、功能更強大的用戶開發(fā)環(huán)境、界面以及功能控件，使得用戶可以更直接地針對產品生產與制造的整個周期。2.1虛擬儀器系統(tǒng)的構成及技術優(yōu)勢虛擬儀器[13]是隨著計算機技術、現(xiàn)代測量技術、電子儀器技術的發(fā)展而產生的一種新型儀器，是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)技術相結合的產物，它推動著傳統(tǒng)儀器朝著數(shù)字