[发明专利]压电式高频振动台

说明书

技术领域

本发明属于力学振动计量领域，具体涉及一种压电式高频振动台。

背景技术

高频振动基准承担着全国各省市计量部门、航空航天及军工、各部委最高振动标准高频的量值传递工作。高频振动基准主要由高频振动台、激光干涉仪及数据采集处理系统三部分组成。在高频振动基准中高频振动台主要用于产生2kHz～50kHz的高频振动激励信号。该基准的性能对保证我国高频量值的统一性和准确性起到至关重要的作用。压电式高频振动台是该高频振动基准装置非常重要的组成部分。因此压电式高频振动台的长期稳定性及关键技术指标直接影响高频振动基准的性能。我国70年代研制的压电式高频振动台如图1所示，其中，101：台面；102：基座；103：外壳；104：压电叠堆；105：电极；该高频振动台目前主要存在两方面问题：(1)在26kHz～28kHz之间有两个谐振峰，因此该振动台在26kHz～28kHz频率范围内无法正常工作；(2)现有振动台台面、压电片、电极和底座之间采用环氧树脂粘结，随着粘结胶的老化，无法保证振动台的长期稳定性及失真度、谐振峰等关键技术指标。并且原振动台在采用环氧树脂粘结压电片的过程中，无法精确控制预应力的大小，因此同时研制的多台压电式高频振动台一致性较差。而高频振动台作为高频基准的核心部件，其长期稳定性非常重要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是克服现有高频振动台粘结胶老化对振动台长期稳定性的影响，以及进一步提高振动台失真度、谐振峰等关键技术指标，并进一步确保全国高频振动量值的准确可靠，为技术监督部门提供计量保证。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种压电式高频振动台，包括基座、压电陶瓷叠堆、台面以及预应力螺栓；

所述基座上端叠置所述压电陶瓷叠堆，所述压电陶瓷叠堆上端叠置所述台面；

所述预应力螺栓设置于所述基座内表面底部的中央位置，并设置为穿过所述基座和压电陶瓷叠堆后并插入所述台面内，且所述预应力螺栓位于所述压电陶瓷叠堆内的部分套有绝缘套管；

所述压电陶瓷叠堆包裹于所述绝缘套管外部，所述压电陶瓷叠堆的各层之间设置有电极。

所述压电陶瓷叠堆由为压电系数范围为250～400C/N的材料制成。

所述压电陶瓷叠堆两端面的平直度和平行度均为0.001mm～0.01mm。

所述压电陶瓷叠堆由压电陶瓷片堆叠而成，所述压电陶瓷片的厚度为3mm～5mm；

所述压电陶瓷叠堆的高度为12.20mm～25.12mm。

所述电极为铜箔电极，用于与所述压电陶瓷叠堆进行同极性相连；

所述压电陶瓷叠堆的负电极分别连接所述基座与台面。

所述台面由密度值为(4.0×10³～8.0×10³)Kg/m³、且弹性模量值为(1.3×10¹¹～1.5×10¹¹)/Gpa的材料制成，其尺寸根据待校准的对象设计。

所述基座由密度值为(14.0×10³～17.5×10³)Kg/m³、且弹性模量值为(1.3×10¹¹～1.5×10¹¹)/Gpa的材料制成。

所述预应力螺栓由经热处理后的高强度螺栓钢制成；

预应力螺栓为螺距值为0.75mm～1.25mm、机械强度值为900～1600Mpa且长度为45mm～55mm的螺栓。

(三)有益效果

本发明技术方案对比现有技术，具备如下几方面的特征：

(1)利用压电陶瓷振子的逆压电效应，即轴向极化的压电陶瓷叠堆在交变电场中产生轴向交变形变，使振动台台面产生正弦振动；

(2)通过采用台面、底座以及预应力螺栓给压电陶瓷叠堆施加预应力代替环氧树脂粘结法，使压电陶瓷叠堆在工作过程中承受高频振动时维持压缩状态的持久性得到显著提高，进而有效避免现有技术中因环氧树脂粘结胶老化的原因而导致压电陶瓷片易破裂的问题；该技术方案保证了振动台的长期稳定性，达到提高功率容量及改善谐振频率的目的；

(3)通过ANSYS有限元分析法对高频振动台的整体结构进行理论分析，结合研制经验，最终研制的振动台基本可实现在工作频率范围(2kHz～50kHz)内无谐振峰；

(4)将变幅杆的原理应用到高频振动台的台面设计上，使振动台在相同的推力下产生振幅放大的作用，该设计可使新研制的振动台满足高频加速度计的大振幅校准。