专利名称：基于压电陶瓷技术的动态压力校准器的制作方法
技术领域：
本发明属于动态压力校准技术，涉及一种基于压电陶瓷技术的动态压力校准器。
背景技术：
正弦压力信号是动态压力校准中最常用的周期类信号，通过它可以非常准确地得 到压力传感器的幅度频率特性和相位频率特性。目前采用的正弦压力发生器主要有活塞 型、转盘型、射流式和驻波管等。活塞型正弦压力发生器所产生的压力峰峰值最大，但其工 作频率较低，只有几十Hz左右。而射流式正弦发生器工作频率虽可高达10kHz，但在高频范 围内其产生的压力峰峰值很小，而且正弦波形失真度很大。驻波管型是利用激励谐振管道 内气体介质发生谐振的方法来产生正弦压力的，产生的最大压力峰峰值为几十kPa，工作频 率为5000Hz。以上几种正弦压力发生装置所产生的正弦压力信号在高频率范围内不但失真 度大，而且压力幅值也变的很小。
发明内容
本发明的目的是制造一种工作频率很高、产生的压力幅值较大(尤其高频时)、失 真度较小的基于压电陶瓷技术的动态压力校准器。本发明的技术方案是，校准器包括谐振 管道、压电叠堆和电压激励电路；其中电压激励电路部分包括正弦电压信号发生器、功率放 大器和LC谐振电路，LC谐振电路的输出端与压电叠堆相接，压电叠堆置于谐振管道的底 部，谐振管道内部充满液体介质，LC谐振电路产生的激励信号作用在压电叠堆上，通过调节 信号发生器的频率，改变压电叠堆的振荡频率与谐振管道内液体介质的固有频率相等产生 谐振，在谐振管道顶部内产生正弦压力波，谐振管道顶部开有安装待校压力传感器的安装 孔。 所述的谐振管道为圆柱形金属材质，谐振管道内部充满液体介质，液体介质为油 或水。 所述的压电叠堆是由压电陶瓷片胶合并用无磁不锈钢封装；压电层堆与封装外壳 之间以及压电层堆的上部管装隔振密封胶。 所述的电压激励电路部分中的LC谐振电路采用电感箱作为电容，压电叠堆为电 感。 本发明具有的优点和有益效果，本发明主要由谐振管道、安装于谐振管道底部的
压电叠堆和压电叠堆的电压激励电路组成；其中电压激励电路部分包括正弦电压信号发生
器、功率放大器和电感箱等组成。通过调节信号发生器的频率，压电叠堆便以不同的频率激
励谐振管道内的液体介质发生振动，压力波在谐振管道内经多次反射后产生压力驻波，当
压电叠堆的振动频率等于谐振管道内液体介质的固有频率时，谐振管道内液体介质发生谐
振，此时在谐振管道封闭端便可产生压力幅值很大、失真度很小的正弦压力波。
本发明谐振管道内正弦压力波的频率便于调节；工作频率很高，可达几十kHz ;谐
振点下的正弦压力波的幅值很大(高达2MPa)、失真度很小(小于1% );正弦压力波的幅值并不随谐振点阶次的升高而减小，在某些高谐振点下的压力波幅值甚至远远大于低谐振 点下的压力波幅值；正弦压力波的失真度并不随频率的升高而增大。为一利用压电叠堆激 励谐振管道内液体介质发生谐振的方法产生高频高压正弦压力的发生装置，用于压力传感 器动态校准。而利用压电叠堆所具有的频率响应高，出力大的优良特性来激励谐振管道内 的液体介质发生谐振可产生出频率高达几十kHz、谐振点下幅值达2MPa、失真度小于1%的 正弦压力信号。
图l是本发明示意图。
具体实施例方式
校准器包括谐振管道3、压电叠堆2和电压激励电路；其中电压激励电路部分包括 正弦电压信号发生器1、功率放大器4和LC谐振电路5， LC谐振电路5的输出端与压电叠 堆2相接，压电叠堆2置于谐振管道3的底部，谐振管道3内部充满液体介质，LC谐振电路 5产生的激励信号作用在压电叠堆2上，通过调节正弦电压信号发生器1的频率，改变压电 叠堆2的振荡频率与谐振管道3内液体介质的固有频率相等产生谐振，在谐振管道顶部内 产生正弦压力波，谐振管道3顶部开有安装待校压力传感器的安装孔。
谐振管道3为圆柱形金属材质，谐振管道3内部充满液体介质，液体介质为油或 水。 压电叠堆2是由压电陶瓷片胶合并用无磁不锈钢封装；压电层堆与封装外壳之间 以及压电层堆的上部管装隔振密封胶。 电压激励电路部分中的LC谐振电路5采用电感箱作为电容，压电叠堆为电感。
本装置的总体结构图如l。调节正弦电压信号发生器1的频率，压电叠堆2便以相 同的频率作正弦振动，由于压电叠堆2的振动在谐振管道3内产生正弦压力扰动波，此压力 波在管内经多次反射后形成稳定的压力驻波。当压电叠堆2的振动频率等于谐振管道3的 固有频率时，谐振管道3内的液体介质发生谐振，此时在谐振管道封闭端便可得到幅值较 大、失真度较小的正弦压力波(在任何阶次的谐振点下，谐振管道封闭端的压力幅值都为 最大)。 如若增大压力波的幅值，除增大功率放大器4的增益从而提高压电叠堆2的激励
电压幅值外，因在工作时压电叠堆2可等效为一电容元件，将其与电感箱串联组成LC谐振
电路5，在固定正弦信号发生器频率的情况下，调节电感值使由压电叠堆2与电感箱组成的
LC谐振电路5发生谐振，此时压电叠堆2便可得到更大幅值的正弦激励电压，其振动位移幅
值变的更大，此时谐振管道封闭端的正弦压力波的幅值可变得更大，而失真度并不变大。待
校传感器6的输出信号经应变放大仪7传输给计算机数据采集系统8。 安装于谐振管道3底部的压电叠堆2是由多片压电陶瓷片胶合在一起，然后采用
无磁不锈钢等材料作为外壳进行封装；多片陶瓷片机械上串联、电学上并联。压电层堆2与
封装外壳之间以及压电层堆2的上部管装隔振密封胶。压电叠堆2上部金属片的作用是减
小压力波反射时的幅值衰减系数。 本发明的工作原理是
压电叠堆振动会产生压力波，此压力波在谐振管道内多次反射后形成驻波，当压
电叠堆的振动频率满足/ = ^"时(式中c表压力波速，1为谐振管道长度，n为正整数)谐
振管道内液体介质发生谐振。因谐振管道封闭端的压力波幅值与压电叠堆的振动速度成正 比，所以当压电叠堆的振动频率升高时，即便其振动幅值在减小(试验验证，在相同幅值的 正弦电压激励下，压电叠堆的振动位移幅值并不随激励电压频率的升高而降低，在某些高 频率段其振动位移幅值很大)，但其振动速度却在增大，所以在高谐振点下的压力幅值高于 低谐振点下的压力幅值。又因压电叠堆具有工作频率高、出力大和响应快的优良特性，所以 此正弦压力发生器的工作频率可以做的很高，可达几十kHz，某些高阶次谐振点下的压力幅 值最大可达2MPa.
实施例一 电压激励电路部分包括正弦电压信号发生器、功率放大器和LC谐振电路，LC谐振 电路的输出端与压电叠堆相接，压电叠堆置于谐振管道的底部，谐振管道为圆柱形不锈钢 材质，内部充满水介质，LC谐振电路产生的激励信号作用在压电叠堆上，通过调节信号发生 器的频率，改变压电叠堆的振荡频率与谐振管道内液体介质的固有频率相等产生谐振，在 谐振管道顶部内产生正弦压力波，谐振管道顶部开有安装待校压力传感器的安装孔。谐振 点为lkHz时的压力幅值比为1074。
实施例二 电压激励电路部分包括正弦电压信号发生器、功率放大器和LC谐振电路，LC谐振 电路的输出端与压电叠堆相接，压电叠堆置于谐振管道的底部，谐振管道为圆柱形铝材质， 内部充满油介质，LC谐振电路产生的激励信号作用在压电叠堆上，通过调节信号发生器的 频率，改变压电叠堆的振荡频率与谐振动振管道内液体介质的固有频率相等产生谐振，在 谐振管道顶部内产生正弦压力波，谐振管道顶部开有安装待校压力传感器的安装孔。谐振 点为lkHz时的压力幅值比为981。
权利要求
一种基于压电陶瓷技术的动态压力校准器，其特征在于，校准器包括谐振管道、压电叠堆和电压激励电路；其中电压激励电路部分包括正弦电压信号发生器、功率放大器和LC谐振电路，LC谐振电路的输出端与压电叠堆相接，压电叠堆置于谐振管道的底部，谐振管道内部充满液体介质，LC谐振电路产生的激励信号作用在压电叠堆上，通过调节信号发生器的频率，改变压电叠堆的振荡频率与谐振管道内液体介质的固有频率相等产生谐振，在谐振管道顶部内产生正弦压力波，谐振管道顶部开有安装待校压力传感器的安装孔。
2. 根据权利要求1所述的基于压电陶瓷技术的动态压力校准器，其特征在于，所述的 谐振管道为圆柱形金属材质，谐振管道内部充满液体介质，液体介质为油或水。
3. 根据权利要求1所述的基于压电陶瓷技术的动态压力校准器，其特征在于，所述的 压电叠堆是由压电陶瓷片胶合并用无磁不锈钢封装；压电层堆与封装外壳之间以及压电层 堆的上部管装隔振密封胶。
4. 根据权利要求1所述的基于压电陶瓷技术的动态压力校准器，其特征在于，所述的 电压激励电路部分中的LC谐振电路采用电感箱作为电感，压电叠堆为电容。
全文摘要
本发明属于动态压力校准技术，涉及一种基于压电陶瓷技术的动态压力校准器。装置包括谐振管道、压电叠堆和电压激励电路组成；其中电压激励电路部分包括正弦电压信号发生器、功率放大器和LC谐振电路，LC谐振电路的输出端与压电叠堆相接，压电叠堆置于谐振管道的底部，谐振管道内部充满液体介质，谐振管道顶部开有安装待校压力传感器的安装孔。本发明谐振管道内正弦压力波的频率便于调节；工作频率高，谐振点下的正弦压力波的幅值大、失真度小；正弦压力波的幅值并不随谐振点阶次的升高而减�。谀承└咝痴竦阆碌难沽Σǚ瞪踔猎对洞笥诘托痴竦阆碌难沽Σǚ担徽已沽Σǖ氖д娑炔⒉凰嫫德实纳叨龃蟆�
文档编号G01L27/00GK101769814SQ20081024098
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者俞锦, 刘晶, 李程, 杨军, 王玉芳, 陶继增 申请人:中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所
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