本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)屬于動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)技術(shù)，涉及一種基于壓電陶瓷技術(shù)的動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)器。裝置包括諧振管道、壓電疊堆和電壓激勵(lì)電路組成；其中電壓激勵(lì)電路部分包括正弦電壓信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和ＬＣ諧振電路，ＬＣ諧振電路的輸出端與壓電疊堆相接，壓電疊堆置于諧振管道的底部，諧振管道內(nèi)部充滿(mǎn)液體介質(zhì)，諧振管道頂部開(kāi)有安裝待校壓力傳感器的安裝孔。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)諧振管道內(nèi)正弦壓力波的頻率便于調(diào)節(jié)；工作頻率高，諧振點(diǎn)下的正弦壓力波的幅值大、失真度小；正弦壓力波的幅值并不隨諧振點(diǎn)階次的升高而減小，在某些高諧振點(diǎn)下的壓力波幅值甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低諧振點(diǎn)下的壓力波幅值；正弦壓力波的失真度并不隨頻率的升高而增大。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)技術(shù)，涉及一種基于壓電陶瓷技術(shù)的動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)器。
技術(shù)介紹
正弦壓力信號(hào)是動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)中最常用的周期類(lèi)信號(hào)，通過(guò)它可以非常準(zhǔn)確地得 到壓力傳感器的幅度頻率特性和相位頻率特性。目前采用的正弦壓力發(fā)生器主要有活塞 型、轉(zhuǎn)盤(pán)型、射流式和駐波管等。活塞型正弦壓力發(fā)生器所產(chǎn)生的壓力峰峰值最大，但其工 作頻率較低，只有幾十Hz左右。而射流式正弦發(fā)生器工作頻率雖可高達(dá)10kHz，但在高頻范 圍內(nèi)其產(chǎn)生的壓力峰峰值很小，而且正弦波形失真度很大。駐波管型是利用激勵(lì)諧振管道 內(nèi)氣體介質(zhì)發(fā)生諧振的方法來(lái)產(chǎn)生正弦壓力的，產(chǎn)生的最大壓力峰峰值為幾十kPa，工作頻 率為5000Hz。以上幾種正弦壓力發(fā)生裝置所產(chǎn)生的正弦壓力信號(hào)在高頻率范圍內(nèi)不但失真 度大，而且壓力幅值也變的很小。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是制造一種工作頻率很高、產(chǎn)生的壓力幅值較大(尤其高頻時(shí))、失 真度較小的基于壓電陶瓷技術(shù)的動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)器。本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案是，校準(zhǔn)器包括諧振 管道、壓電疊堆和電壓激勵(lì)電路；其中電壓激勵(lì)電路部分包括正弦電壓信號(hào)發(fā)生器、功率放 大器和LC諧振電路，LC諧振電路的輸出端與壓電疊堆相接，壓電疊堆置于諧振管道的底 部，諧振管道內(nèi)部充滿(mǎn)液體介質(zhì)，LC諧振電路產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)作用在壓電疊堆上，通過(guò)調(diào)節(jié) 信號(hào)發(fā)生器的頻率，改變壓電疊堆的振蕩頻率與諧振管道內(nèi)液體介質(zhì)的固有頻率相等產(chǎn)生 諧振，在諧振管道頂部?jī)?nèi)產(chǎn)生正弦壓力波，諧振管道頂部開(kāi)有安裝待校壓力傳感器的安裝 孔。 所述的諧振管道為圓柱形金屬材質(zhì)，諧振管道內(nèi)部充滿(mǎn)液體介質(zhì)，液體介質(zhì)為油 或水。 所述的壓電疊堆是由壓電陶瓷片膠合并用無(wú)磁不銹鋼封裝；壓電層堆與封裝外殼 之間以及壓電層堆的上部管裝隔振密封膠。 所述的電壓激勵(lì)電路部分中的LC諧振電路采用電感箱作為電容，壓電疊堆為電 感。 本專(zhuān)利技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本專(zhuān)利技術(shù)主要由諧振管道、安裝于諧振管道底部的壓電疊堆和壓電疊堆的電壓激勵(lì)電路組成；其中電壓激勵(lì)電路部分包括正弦電壓信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和電感箱等組成。通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率，壓電疊堆便以不同的頻率激勵(lì)諧振管道內(nèi)的液體介質(zhì)發(fā)生振動(dòng)，壓力波在諧振管道內(nèi)經(jīng)多次反射后產(chǎn)生壓力駐波，當(dāng)壓電疊堆的振動(dòng)頻率等于諧振管道內(nèi)液體介質(zhì)的固有頻率時(shí)，諧振管道內(nèi)液體介質(zhì)發(fā)生諧振，此時(shí)在諧振管道封閉端便可產(chǎn)生壓力幅值很大、失真度很小的正弦壓力波。本專(zhuān)利技術(shù)諧振管道內(nèi)正弦壓力波的頻率便于調(diào)節(jié)；工作頻率很高，可達(dá)幾十kHz ;諧振點(diǎn)下的正弦壓力波的幅值很大(高達(dá)2MPa)、失真度很小(小于1% );正弦壓力波的幅值并不隨諧振點(diǎn)階次的升高而減小，在某些高諧振點(diǎn)下的壓力波幅值甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低諧振 點(diǎn)下的壓力波幅值；正弦壓力波的失真度并不隨頻率的升高而增大。為一利用壓電疊堆激 勵(lì)諧振管道內(nèi)液體介質(zhì)發(fā)生諧振的方法產(chǎn)生高頻高壓正弦壓力的發(fā)生裝置，用于壓力傳感 器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。而利用壓電疊堆所具有的頻率響應(yīng)高，出力大的優(yōu)良特性來(lái)激勵(lì)諧振管道內(nèi) 的液體介質(zhì)發(fā)生諧振可產(chǎn)生出頻率高達(dá)幾十kHz、諧振點(diǎn)下幅值達(dá)2MPa、失真度小于1%的 正弦壓力信號(hào)。附圖說(shuō)明 圖l是本專(zhuān)利技術(shù)示意圖。 具體實(shí)施例方式校準(zhǔn)器包括諧振管道3、壓電疊堆2和電壓激勵(lì)電路；其中電壓激勵(lì)電路部分包括 正弦電壓信號(hào)發(fā)生器1、功率放大器4和LC諧振電路5， LC諧振電路5的輸出端與壓電疊 堆2相接，壓電疊堆2置于諧振管道3的底部，諧振管道3內(nèi)部充滿(mǎn)液體介質(zhì)，LC諧振電路 5產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)作用在壓電疊堆2上，通過(guò)調(diào)節(jié)正弦電壓信號(hào)發(fā)生器1的頻率，改變壓電 疊堆2的振蕩頻率與諧振管道3內(nèi)液體介質(zhì)的固有頻率相等產(chǎn)生諧振，在諧振管道頂部?jī)?nèi) 產(chǎn)生正弦壓力波，諧振管道3頂部開(kāi)有安裝待校壓力傳感器的安裝孔。 諧振管道3為圓柱形金屬材質(zhì)，諧振管道3內(nèi)部充滿(mǎn)液體介質(zhì)，液體介質(zhì)為油或 水。 壓電疊堆2是由壓電陶瓷片膠合并用無(wú)磁不銹鋼封裝；壓電層堆與封裝外殼之間 以及壓電層堆的上部管裝隔振密封膠。 電壓激勵(lì)電路部分中的LC諧振電路5采用電感箱作為電容，壓電疊堆為電感。 本裝置的總體結(jié)構(gòu)圖如l。調(diào)節(jié)正弦電壓信號(hào)發(fā)生器1的頻率，壓電疊堆2便以相 同的頻率作正弦振動(dòng)，由于壓電疊堆2的振動(dòng)在諧振管道3內(nèi)產(chǎn)生正弦壓力擾動(dòng)波，此壓力 波在管內(nèi)經(jīng)多次反射后形成穩(wěn)定的壓力駐波。當(dāng)壓電疊堆2的振動(dòng)頻率等于諧振管道3的 固有頻率時(shí)，諧振管道3內(nèi)的液體介質(zhì)發(fā)生諧振，此時(shí)在諧振管道封閉端便可得到幅值較 大、失真度較小的正弦壓力波(在任何階次的諧振點(diǎn)下，諧振管道封閉端的壓力幅值都為 最大)。 如若增大壓力波的幅值，除增大功率放大器4的增益從而提高壓電疊堆2的激勵(lì)電壓幅值外，因在工作時(shí)壓電疊堆2可等效為一電容元件，將其與電感箱串聯(lián)組成LC諧振電路5，在固定正弦信號(hào)發(fā)生器頻率的情況下，調(diào)節(jié)電感值使由壓電疊堆2與電感箱組成的LC諧振電路5發(fā)生諧振，此時(shí)壓電疊堆2便可得到更大幅值的正弦激勵(lì)電壓，其振動(dòng)位移幅值變的更大，此時(shí)諧振管道封閉端的正弦壓力波的幅值可變得更大，而失真度并不變大。待校傳感器6的輸出信號(hào)經(jīng)應(yīng)變放大儀7傳輸給計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8。 安裝于諧振管道3底部的壓電疊堆2是由多片壓電陶瓷片膠合在一起，然后采用無(wú)磁不銹鋼等材料作為外殼進(jìn)行封裝；多片陶瓷片機(jī)械上串聯(lián)、電學(xué)上并聯(lián)。壓電層堆2與封裝外殼之間以及壓電層堆2的上部管裝隔振密封膠。壓電疊堆2上部金屬片的作用是減小壓力波反射時(shí)的幅值衰減系數(shù)。 本專(zhuān)利技術(shù)的工作原理是 壓電疊堆振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓力波，此壓力波在諧振管道內(nèi)多次反射后形成駐波，當(dāng)壓電疊堆的振動(dòng)頻率滿(mǎn)足/ = ^"時(shí)(式中c表壓力波速，1為諧振管道長(zhǎng)度，n為正整數(shù))諧振管道內(nèi)液體介質(zhì)發(fā)生諧振。因諧振管道封閉端的壓力波幅值與壓電疊堆的振動(dòng)速度成正 比，所以當(dāng)壓電疊堆的振動(dòng)頻率升高時(shí)，即便其振動(dòng)幅值在減小(試驗(yàn)驗(yàn)證，在相同幅值的 正弦電壓激勵(lì)下，壓電疊堆的振動(dòng)位移幅值并不隨激勵(lì)電壓頻率的升高而降低，在某些高 頻率段其振動(dòng)位移幅值很大)，但其振動(dòng)速度卻在增大，所以在高諧振點(diǎn)下的壓力幅值高于 低諧振點(diǎn)下的壓力幅值。又因壓電疊堆具有工作頻率高、出力大和響應(yīng)快的優(yōu)良特性，所以 此正弦壓力發(fā)生器的工作頻率可以做的很高，可達(dá)幾十kHz，某些高階次諧振點(diǎn)下的壓力幅 值最大可達(dá)2MPa. 實(shí)施例一 電壓激勵(lì)電路部分包括正弦電壓信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和LC諧振電路，LC諧振 電路的輸出端與壓電疊堆相接，壓電疊堆置于諧振管道的底部，諧振管道為圓柱形不銹鋼 材質(zhì)，內(nèi)部充滿(mǎn)水介質(zhì)，LC諧振電路產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)作用在壓電疊堆上，通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生 器的頻率，改變壓電疊堆的振蕩頻率與諧振管道內(nèi)液體介質(zhì)的固有頻率相等產(chǎn)生諧振，在 諧振管道頂部?jī)?nèi)產(chǎn)生正弦壓力波，諧振管道頂部開(kāi)有安裝待校壓力傳感器的安裝孔。諧振 點(diǎn)為lkHz時(shí)的壓力幅值比為1074。 實(shí)施例二 電壓激勵(lì)電路部分包括正弦電壓信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和LC諧振電路，LC諧振 電路的輸出端與壓電疊堆相接，壓電疊堆置于諧振管道的底部，諧振管道為圓柱形鋁材質(zhì)， 內(nèi)部充滿(mǎn)油介質(zhì)，LC諧振電路產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)作用在壓電疊堆上，通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的 頻率，改變壓電疊堆的振蕩頻率與諧振動(dòng)振管道內(nèi)液體介質(zhì)的固有頻率相等產(chǎn)生諧振，在 諧振管道頂部?jī)?nèi)產(chǎn)生正弦壓力波，諧振管道頂部開(kāi)有安裝待校本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于壓電陶瓷技術(shù)的動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)器，其特征在于，校準(zhǔn)器包括諧振管道、壓電疊堆和電壓激勵(lì)電路；其中電壓激勵(lì)電路部分包括正弦電壓信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和ＬＣ諧振電路，ＬＣ諧振電路的輸出端與壓電疊堆相接，壓電疊堆置于諧振管道的底部，諧振管道內(nèi)部充滿(mǎn)液體介質(zhì)，ＬＣ諧振電路產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)作用在壓電疊堆上，通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率，改變壓電疊堆的振蕩頻率與諧振管道內(nèi)液體介質(zhì)的固有頻率相等產(chǎn)生諧振，在諧振管道頂部?jī)?nèi)產(chǎn)生正弦壓力波，諧振管道頂部開(kāi)有安裝待校壓力傳感器的安裝孔。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王玉芳，李程，陶繼增，俞錦，劉晶，楊軍，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：11[中國(guó)|北京]
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