การพัฒนาซอฟท์แวร์สำหรับการวิเคราะห์ข้อมูลจากการวัดค่าสัญญาณทางไฟฟ้าที่ได้จากการวัดสมบัติทางไดอิเล็กทริกของวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก

Abstract

บทคัดย่อ

วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกจัดอยู่ในกลุ่มย่อยของวัสดุเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งเป็นวัสดุที่มีการนำไปใช้ในเครื่องมือและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กันอย่างกว้างขวาง ได้แก่ มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก อุปกรณ์กีฬา หน้าจอสัมผัสของโทรศัพท์มือถือ เครื่องวัดความดันเลือด เครื่องอัลตร้าซาวด์ เป็นต้น โดยการนำวัสดุเพียโซอิเล็กทริกไปใช้งานหรืองานวิจัยพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกนั้น จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์สมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุเหล่านี้  ซึ่งงานวิจัยก่อนหน้านี้ได้สร้างเครื่องมือวัดวงฮีสเทอรีซีส P-E [1] ส่วนงานวิจัยนี้เน้นการพัฒนาซอฟท์แวร์จากโปรแกรม Microsoft Visual Studio เวอร์ชั่น 2008 โดยใช้ภาษา C# สำหรับการประมวลผลข้อมูลทางไฟฟ้าที่วัดได้จากชุดอุปกรณ์วัดค่าทางไดอิเล็กทริก เพื่อใช้วิเคราะห์สมบัติทางไดอิเล็กทริกของวัสดุเฟอร์โรเล็กทริก PZT (Lead Zirconate Titanate) ได้แก่ ค่าสภาพยอมสัมพัทธ์ และค่าการสูญเสียทางไดอิเล็ทริก ในการทดลองได้นำค่าการเปลี่ยนแปลงโพลาไรเซชันที่เกิดจากการป้อนสนามไฟฟ้าแก่วัสดุ PZT โดปด้วยเวเนเดียม (V) ซึ่งผลิตด้วยวิธีผสมออกไซด์ (mixed oxide route) โดยใช้เครื่องมือวัด P-E loop มาตรฐานของ Hall และคณะ [2] และนำข้อมูลวงฮีสเทอรีซีสโพลาไรเซชันและสนามไฟฟ้า (P-E hysteresis loop) ที่วัดได้มาคำนวณด้วยซอฟท์แวร์ที่พัฒนาขึ้นมา โดยกำหนดให้อุณหภูมิคงที่ตลอดการทดลอง คือ ประมาณ 25 ^oC (อุณหภูมิห้อง) พบว่าซอฟท์แวร์วิเคราะห์ค่าการสูญเสียทางไดอิเล็กทริกและค่าสภาพยอมสัมพัทธ์ของวัสดุ PZT นั้นสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง เมื่อเทียบกับข้อมูลที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วยซอฟท์แวร์ของ Hall และคณะ [2] ซึ่งงานวิจัยนี้ใช้เป็นซอฟด์แวร์อ้างอิงเพื่อเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ 

คำสำคัญ : การวัดสัญญาณไฟฟ้า; การวัดวงฮีสเทอรีซีส P-E; การวัดสมบัติทางไดอิเล็กทริก; วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก

Abstract

Ferroelectric materials are subset of piezoelectric materials, which are widely used in many electronic appliances and devices such as piezoelectric motor, sport equipment, touch screen of mobile phone, blood pressure meter, and ultrasonic probe etc. In order to utilize or make ferroelectric materials, the measurements of their properties are necessary. In our previous work [1], the polarization-electric field (P-E) hysteresis loops test set was developed. Thus, in this work, the P-E loops analysis software was developed using Microsoft Visual Studio Version 2008 with langauge C#. The analysis software was developed for determining the dielectric properties, which were dielectric loss and relative permittivity of ferroelectric materials. V doped PZT (vanadium doped lead zirconate titanate) ceramics were produced via mixed oxide route in order to be used in this work. The data on the polarization and electric field were collected from the standard P-E loop test set developed by Hall, et al. [2] at constant temperature of 25 ^oC. The P-E loop measurement data were analyzed using the developed software in order to determine the dielectric loss and relative permittivity of V-doped PZT ceramics. The analyzed data were then compared to the values obtained from the standard software developed by Hall, et al. [2]    

Keywords: dielectric properties measurement; P-E loops measurement, dielectric properties measurement; ferroelectric material