[发明专利]双元组合式高频正弦压力发生器及压力发生方法

权利要求书

1.双元组合式高频正弦压力发生器，其特征在于：包括液压管道(1)、顶部压电换能器(2)、底部压电换能器(3)、压力控制器(4)、压力测量腔(5)、信号发生器(6)、顶部功率放大器(7)、底部功率放大器(8)；

液压管道(1)为空心圆柱结构，内部注满液体介质，底部与底部压电换能器(3)固定连接，顶部与顶部压电换能器(2)固定连接，中心处与压力测量腔(5)固定连接；

所述的液压管道(1)、顶部压电换能器(2)和底部压电换能器(3)存在下述关系：

顶部压电换能器(2)和底部压电换能器(3)共同受到信号发生器(6)、顶部功率放大器(7)、底部功率放大器(8)的共同作用，使压电换能器表面产生位移，迫使液压管道(1)里液体介质中产生和传递压力波，当传播距离是液体介质传播波长的二分之一的整数倍时，在压力测量腔(5)处的压力波动幅值将达到极大值，即产生谐振；谐振点分布在一系列频率点上，符合如下公式：

其中，a为在液体介质中的传播速度，L为液压管道(1)中顶部压电换能器(2)端面与压力测量腔(5)的距离，也是底部压电换能器(3)端面与压力测量腔(5)的距离，k为正整数；

顶部压电换能器(2)和底部压电换能器(3)结构相同，分别由多片压电陶瓷片胶合并施加预应力而成；

所述的顶部压电换能器(2)和底部压电换能器(3)，选用实现下述功能的压电换能器：

当给压电换能器施加正弦变化的电压信号时，压电换能器表面将产生和交流电压频率f相同的振动位移，振动频率和交流电压频率f一致；持续的激励使得所述压力波在液压管道(1)内多次反射形成驻波，当激励频率和液压管道(1)的谐振频率一致时液压管道(1)产生谐振，此时在液压管道(1)的一端将达到较大的预设压力幅值；

压力控制器(4)用于控制液压管道(1)内部初始压力值；

压力测量腔(5)位于液压管道(1)中心处，用于监视液压管道(1)内最大压力幅值；

信号发生器(6)、顶部功率放大器(7)、底部功率放大器(8)，存在以下关系：

信号发生器(6)能够单独控制顶部功率放大器(7)或底部功率放大器(8)输出正弦电压信号，也能够同时控制顶部功率放大器(7)和底部功率放大器(8)输出两组正弦信号，并调节两组正弦信号之间的相位差，两组正弦信号关系符合如下公式：

其中，A和B为电压增益设置，初始为1，sin wt为两组正弦信号中的一个正弦信号，为另一个正弦信号，为两组正弦信号之间相位差；当相位差为零时，叠加信号幅值最大；当相位差为π时，叠加信号幅值最小。

2.如权利要求1所述的双元组合式高频正弦压力发生器，其特征在于：所述的高频范围指1kHz至30kHz。

3.基于如权利要求1或2所述的双元组合式高频正弦压力发生器实现的高频正弦压力发生方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：液压管道(1)中注满液体介质，开启压力控制器(4)调节内部压力，并稳定压力；

步骤二：开启信号发生器(6)产生正弦信号，输出给顶部功率放大器(7)和底部功率放大器(8)；

所述的信号发生器(6)用于产生正弦信号，并可调节正弦信号相位；

步骤三：顶部功率放大器(7)和底部功率放大器(8)分别驱动顶部压电换能器(2)和底部压电换能器(3)产生振动位移；

步骤四：顶部压电换能器(2)和底部压电换能器(3)发生振动位移，驱动液压管道(1)中液体介质发生同频率的振动位移，因此，在液压管道(1)内产生高频正弦压力波；

步骤五：压力测量腔(5)监测得到液压管道(1)内产生的高频正弦压力波。

4.基于如权利要求3所述的高频正弦压力发生方法，其特征在于：还包括步骤六：将步骤四产生的高频正弦压力波用于动态压力传感器的校准需求，所述的动态压力传感器的校准需求领域包括发动机、炮弹、高速列车研制过程中对动态压力传感器的校准需求。