[實用新型]壓電式高頻振動臺

無效

• 申請號: 201020203776.0
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN201697936U
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 楊麗峰;于梅
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本實用新型屬于力學振動計量領域，具體涉及一種壓電式高頻振動臺。

背景技術

高頻振動基準承擔著全國各省市計量部門、航空航天及軍工、各部委最高振動標準高頻的量值傳遞工作。高頻振動基準主要由高頻振動臺、激光干涉儀及數據采集處理系統三部分組成。在高頻振動基準中高頻振動臺主要用于產生2kHz～50kHz的高頻振動激勵信號。該基準的性能對保證我國高頻量值的統一性和準確性起到至關重要的作用。壓電式高頻振動臺是該高頻振動基準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定性及關鍵技術指標直接影響高頻振動基準的性能。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頻率范圍內無法正常工作；(2)現有振動臺臺面、壓電片、電極和底座之間采用環氧樹脂粘結，隨著粘結膠的老化，無法保證振動臺的長期穩定性及失真度、諧振峰等關鍵技術指標。并且原振動臺在采用環氧樹脂粘結壓電片的過程中，無法精確控制預應力的大小，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的核心部件，其長期穩定性非常重要。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

本實用新型要解決的技術問題是克服現有高頻振動臺粘結膠老化對振動臺長期穩定性的影響，以及進一步提高振動臺失真度、諧振峰等關鍵技術指標，并進一步確保全國高頻振動量值的準確可靠，為技術監督部門提供計量保證。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種壓電式高頻振動臺，包括基座、壓電陶瓷疊堆、臺面以及預應力螺栓；

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；

所述預應力螺栓設置于所述基座內表面底部的中央位置，并設置為穿過所述基座和壓電陶瓷疊堆后并插入所述臺面內，且所述預應力螺栓位于所述壓電陶瓷疊堆內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置有電極。

所述壓電陶瓷疊堆由為壓電系數范圍為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行同極性相連；

所述壓電陶瓷疊堆的負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，其尺寸根據待校準的對象設計。

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。

所述預應力螺栓由經熱處理后的高強度螺栓鋼制成；

預應力螺栓為螺距值為0.75mm～1.25mm、機械強度值為900～1600Mpa且長度為45mm～55mm的螺栓。

(三)有益效果

本實用新型技術方案對比現有技術，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，即軸向極化的壓電陶瓷疊堆在交變電場中產生軸向交變形變，使振動臺臺面產生正弦振動；

(2)通過采用臺面、底座以及預應力螺栓給壓電陶瓷疊堆施加預應力代替環氧樹脂粘結法，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的持久性得到顯著提高，進而有效避免現有技術中因環氧樹脂粘結膠老化的原因而導致壓電陶瓷片易破裂的問題；該技術方案保證了振動臺的長期穩定性，達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構進行理論分析，結合研制經驗，最終研制的振動臺基本可實現在工作頻率范圍(2kHz～50kHz)內無諧振峰；