[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

说明书

本发明公开的双元组合式高频正弦压力发生器及压力发生方法，属于计量测试技术领域。本发明公开的双元组合式高频正弦压力发生器，包括液压管道、顶部压电换能器、底部压电换能器、压力控制器、压力测量腔、信号发生器、顶部功率放大器、底部功率放大器。本发明还公开基于所述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。本发明能够在(1～30)kHz频率范围内产生较大的压力幅值，用于满足越来越多的动态压力传感器校准的需求，且所述动态压力传感器校准的需求领域包括发动机、炮弹、高速列车等研制过程中对动态压力传感器在1kHz至30kHz的校准需求。具有如下优点：校准范围扩大；幅值更高、频率更高；信号稳定；利于后期维护和更换。

技术领域

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种基于双元压电换能器组合形式的高频正弦压力发生器及压力发生方法。

背景技术

压电换能器是正弦压力动态校准的主要核心部件，利用液压管道谐振的原理，给安装在液压管道底部的压电换能器施加正弦电压，在压电换能器表面会产生与激励电压频率一致的正弦位移，这个位移迫使液压管道中的液体介质传递相同频率的正弦压力波，当激励频率与液压管道谐振频率一致时，从而在液压管道一端得到较大幅值的正弦压力，就可以对动态压力传感器和测试系统的动态灵敏度进行标定。现有的高频正弦压力发生器基本采用单独压电换能器的安置在底部的方式产生正弦压力信号，但压电换能器受到自身结构和整套装置反谐振点的限制，很难在(1～30)kHz频率范围内都具有比较好的输出响应，尤其是在(6～30)kHz高频范围内更是无法得到理想的输出相应。本发明的核心在于建立双元压电换能器组合形式的高频正弦压力发生器，利用管道的谐振原理在(1～30)kHz频率范围内产生较大的压力幅值，满足越来越多动态压力校准与模拟试验的需求。

发明内容

针对现有在正弦压力动态校准中高频正弦压力发生器的下述不足：(1)、自身结构不足，导致某些频率下输出不足，压力幅值偏低；(2)频率范围覆盖小，压力幅值输出小。本发明公开的双元组合式高频正弦压力发生器及压力发生方法要解决的技术问题是：提出一种通过双元压电换能器组合形式的高频正弦压力发生器及压力发生方法，在(1～30)kHz频率范围内产生较大的压力幅值，用于满足越来越多的动态压力传感器校准的需求，且所述动态压力传感器校准的需求领域包括发动机、炮弹、高速列车等研制过程中对动态压力传感器在1kHz至30kHz的校准需求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的双元组合式高频正弦压力发生器，包括液压管道、顶部压电换能器、底部压电换能器、压力控制器、压力测量腔、信号发生器、顶部功率放大器、底部功率放大器。

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

所述的液压管道、顶部压电换能器和底部压电换能器存在下述关系：

顶部压电换能器和底部压电换能器共同受到信号发生器、顶部功率放大器、底部功率放大器的共同作用，使压电换能器表面产生位移，迫使液压管道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为液压管道中顶部压电换能器端面与压力测量腔的距离，也是底部压电换能器端面与压力测量腔的距离，k为正整数。

顶部压电换能器和底部压电换能器结构相同，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和底部压电换能器，选用实现下述功能的压电换能器：