毕业论文-基于Agilent_VEE的电学性能软件测试系统设计与开发.docx

中北大学2012届毕业说明书 第 PAGE \* MERGEFORMAT 23页 共40页 绪论 1.1课题背景及意义 本课题以国家自然科学基金（青年基金）项目“基于MEMS技术的反铁电厚膜微悬臂梁场致效应研究”为背景[1-2]。研究计划要点：（1）研究制定PLZT反铁电厚膜异质集成及工艺的优化方案，完成PLZT基反铁电厚膜的介电性能测试分析，研究其相变行为特性与规律。（2）硅基反铁电微悬臂梁结构的有限元仿真分析，设计制造反铁电厚膜微悬臂梁驱动构件。（3）完成反铁电厚膜的微驱动构件的响应执行能力的测试与评估。 意义：当今，智能仪器[3]已经成为了仪器发展的必然方向，仪器与计算机的高速稳定通讯及可编程控制是实现智能仪器的基本手段。本课题要完成的任务就是使用SCPI指令，通过VEE软件实现电流、电压、电容这些物理量的自动采集。通过查阅相关资料掌握相关仪器的SCPI指令的编写方法，了解VEE软件的开发环境，以及它在控制仪器设备、测试测量软件的开发及应用方面的优势。本课题的意义在于通过对仪器仪表的编程控制，实现数据的智能采集。 1.2主要研究内容 本课题主要进行HYPERLINK 1/bysj/show_sub_detail.aspx?subid=1613 \t _blank 基于虚拟编程语言的电学性能软件测试系统设计与开发，完成以下内容： （1）了解PLZT反铁电材料相变机理及相关测试原理； （2）掌握利用工控软件实现自动测试的方法； （3）掌握VEE虚拟程序语言的设计方法； （4）熟练应用VEE虚拟程序语言； （5）掌握GPIB、RS-232等接口与计算机的通讯方法； （6）编写介电温谱、偏压、频谱、电流电学性能自动测控软件系统。 1.3 铁电性与铁电相变 在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷重心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，晶体的这种性质叫铁电性[4]（ferroelectricity）。 有一类物体在转变温度以下，邻近的晶胞彼此沿反平行方向自发极化。这类晶体叫反铁电体[5-6]。反铁电体一般宏观无剩余极化强度，但在很强的外电场作用下，可以诱导成铁电相，其P-E呈双电滞回线，PbZrO3在E较小时，无电滞回线，当E很大时，出现了双电滞回线。反铁电体也具有临界温度-反铁电居里温度。在居里温度附近，也具有介电反常特性[7-8]。 当温度高于某一临界温度时，晶体的铁电性消失，并且晶格亦发生转变，这一温度是铁电体的HYPERLINK /view/26477.htm \t _blank 居里点。由于铁电性的出现或消失，总伴随着晶格结构的改变，所以这是个相变过程。当晶体从非铁电相（称顺电相）向铁电相过渡时，晶体的许多物理性质皆呈反常现象。对于一阶相变常伴随有潜热的发生，对于二阶相变则出现比热的突变。铁电相中自发极化强度是和晶体的自发电致形变相关，所以铁电相的晶格结构的对称性要比非铁电相（顺电相）的为低。如果晶体具有两个或多个铁电相时，表征顺电相与铁电相之间的一个相变温度，统称为过渡温度或转变温度。（在此附近时，介电系数常有迅速陡降的现象）。 由于极化的非线性，铁电体的介电系数不是常数，而是依赖于外加电场的，一边，以电滞回线中OA曲线在原点的斜率来代表介电系数，即在测量介电系数ε时，所加的外电场很小。铁电体在过渡温度附近，介电系数ε具有很大的值，当温度 高于居里点时，介电系数随温度变化的关系遵守HYPERLINK /view/2707829.htm \t _blank 居里-外斯定律[9]： 。 式中T0称为特性温度，他一般略低于居里点，C称为居里常数，而 代表电子极化对介电系数的贡献，在过渡温度时，可以忽略。 1.4 PLZT材料 锆钛酸铅镧陶瓷( PLZT) 是属PZT锆钛酸铅系压电陶瓷。是Haertling GH在1970年用球磨和热压烧结工艺制备了透明的光电陶瓷PLZT[10-12]。 一种铁电陶瓷光电材料。其光学特性可被电场或者通过拉伸或压缩而改变。用于各种光电存储器和显示设备中。亦称为掺镧锆[酸铅]钛酸铅。 2 虚拟仪器系统与Agilent VEE 虚拟仪器技术是20世纪90年代发展并兴起的一项新技术，主要应用于自动测试、过程控制、仪器设计和资料分析等领域，其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件。 虚拟仪器（VI）的出现是仪器测试测量领域的一个突破，代表着仪器测试测量发展的最新方向和潮流实现了测试测量技术和计算机技术的真正融合，是计算机技术和现代测量技术高速发展共同孕育出的一项新技术。 VEE适用于产品的跟踪测试，包括从产品设计、生产及品质控制等一系列的产品制造过程，在VEE先前的版本中，VEE被认为仅仅在产品设计阶段创建快速简单的程序，但随后的VEE 5.