[發(fā)明專利]壓電式高頻振動臺

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010182649.1
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN101854153A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊麗峰;于梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量科學(xué)研究院
• 主分類號: H03H9/15
• 分類號: H03H9/15
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于力學(xué)振動計量領(lǐng)域，具體涉及一種壓電式高頻振動臺。

背景技術(shù)

高頻振動基準(zhǔn)承擔(dān)著全國各省市計量部門、航空航天及軍工、各部委最高振動標(biāo)準(zhǔn)高頻的量值傳遞工作。高頻振動基準(zhǔn)主要由高頻振動臺、激光干涉儀及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)三部分組成。在高頻振動基準(zhǔn)中高頻振動臺主要用于產(chǎn)生2kHz～50kHz的高頻振動激勵信號。該基準(zhǔn)的性能對保證我國高頻量值的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性起到至關(guān)重要的作用。壓電式高頻振動臺是該高頻振動基準(zhǔn)裝置非常重要的組成部分。因此壓電式高頻振動臺的長期穩(wěn)定性及關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)直接影響高頻振動基準(zhǔn)的性能。我國70年代研制的壓電式高頻振動臺如圖1所示，其中，101：臺面；102：基座；103：外殼；104：壓電疊堆；105：電極；該高頻振動臺目前主要存在兩方面問題：(1)在26kHz～28kHz之間有兩個諧振峰，因此該振動臺在26kHz～28kHz頻率范圍內(nèi)無法正常工作；(2)現(xiàn)有振動臺臺面、壓電片、電極和底座之間采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)，隨著粘結(jié)膠的老化，無法保證振動臺的長期穩(wěn)定性及失真度、諧振峰等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。并且原振動臺在采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)壓電片的過程中，無法精確控制預(yù)應(yīng)力的大小，因此同時研制的多臺壓電式高頻振動臺一致性較差。而高頻振動臺作為高頻基準(zhǔn)的核心部件，其長期穩(wěn)定性非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有高頻振動臺粘結(jié)膠老化對振動臺長期穩(wěn)定性的影響，以及進(jìn)一步提高振動臺失真度、諧振峰等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，并進(jìn)一步確保全國高頻振動量值的準(zhǔn)確可靠，為技術(shù)監(jiān)督部門提供計量保證。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種壓電式高頻振動臺，包括基座、壓電陶瓷疊堆、臺面以及預(yù)應(yīng)力螺栓；

所述基座上端疊置所述壓電陶瓷疊堆，所述壓電陶瓷疊堆上端疊置所述臺面；

所述預(yù)應(yīng)力螺栓設(shè)置于所述基座內(nèi)表面底部的中央位置，并設(shè)置為穿過所述基座和壓電陶瓷疊堆后并插入所述臺面內(nèi)，且所述預(yù)應(yīng)力螺栓位于所述壓電陶瓷疊堆內(nèi)的部分套有絕緣套管；

所述壓電陶瓷疊堆包裹于所述絕緣套管外部，所述壓電陶瓷疊堆的各層之間設(shè)置有電極。

所述壓電陶瓷疊堆由為壓電系數(shù)范圍為250～400C/N的材料制成。

所述壓電陶瓷疊堆兩端面的平直度和平行度均為0.001mm～0.01mm。

所述壓電陶瓷疊堆由壓電陶瓷片堆疊而成，所述壓電陶瓷片的厚度為3mm～5mm；

所述壓電陶瓷疊堆的高度為12.20mm～25.12mm。

所述電極為銅箔電極，用于與所述壓電陶瓷疊堆進(jìn)行同極性相連；

所述壓電陶瓷疊堆的負(fù)電極分別連接所述基座與臺面。

所述臺面由密度值為(4.0×10³～8.0×10³)Kg/m³、且彈性模量值為(1.3×10¹¹～1.5×10¹¹)/Gpa的材料制成，其尺寸根據(jù)待校準(zhǔn)的對象設(shè)計。

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

所述預(yù)應(yīng)力螺栓由經(jīng)熱處理后的高強(qiáng)度螺栓鋼制成；

預(yù)應(yīng)力螺栓為螺距值為0.75mm～1.25mm、機(jī)械強(qiáng)度值為900～1600Mpa且長度為45mm～55mm的螺栓。

(三)有益效果

本發(fā)明技術(shù)方案對比現(xiàn)有技術(shù)，具備如下幾方面的特征：

(1)利用壓電陶瓷振子的逆壓電效應(yīng)，即軸向極化的壓電陶瓷疊堆在交變電場中產(chǎn)生軸向交變形變，使振動臺臺面產(chǎn)生正弦振動；

(2)通過采用臺面、底座以及預(yù)應(yīng)力螺栓給壓電陶瓷疊堆施加預(yù)應(yīng)力代替環(huán)氧樹脂粘結(jié)法，使壓電陶瓷疊堆在工作過程中承受高頻振動時維持壓縮狀態(tài)的持久性得到顯著提高，進(jìn)而有效避免現(xiàn)有技術(shù)中因環(huán)氧樹脂粘結(jié)膠老化的原因而導(dǎo)致壓電陶瓷片易破裂的問題；該技術(shù)方案保證了振動臺的長期穩(wěn)定性，達(dá)到提高功率容量及改善諧振頻率的目的；

(3)通過ANSYS有限元分析法對高頻振動臺的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析，結(jié)合研制經(jīng)驗(yàn)，最終研制的振動臺基本可實(shí)現(xiàn)在工作頻率范圍(2kHz～50kHz)內(nèi)無諧振峰；

(4)將變幅桿的原理應(yīng)用到高頻振動臺的臺面設(shè)計上，使振動臺在相同的推力下產(chǎn)生振幅放大的作用，該設(shè)計可使新研制的振動臺滿足高頻加速度計的大振幅校準(zhǔn)。