爆炸冲击波动态测量压电式压力传感器研究

论文摘要

高频动态压力传感器能不失真地反映动态压力变化的全过程、重要过程的瞬态值及完整的波形信号,是现代测试技术的主要研究内容之一,广泛应用运用于发动机瞬态压力测量、爆炸力学、流体力学等领域。压电传感器作为高频动态压力传感器的一种,具有稳定性好、上升时间短、固有频率高、温度特性好等特点,常用于动态测量等领域。而压电传感器在动态和瞬态压力测量过程中,受振动引起的加速度惯性载荷的影响,容易造成叠加输出,严重干扰了正常压力的波形信号;同时,传感器各结构参数对其静动态特性影响严重,在加速度灵敏度得以消除的情况下,须要尽可能地提升静动态特性,保证压电式压力传感器在动态测量过程中的准确性。因此,展开爆炸冲击波动态测量压电式压力传感器研究。首先,分析了爆炸冲击波测量中振动的来源及压电式压力传感器加速度寄生效应的产生原因,通过仿真实验,进一步验证了压电式压力传感器在压力载荷和加速度惯性载荷同时作用时,会有严重的叠加输出。因此,针对压电式压力传感器对加速度惯性载荷的灵敏度进行了理论推导,结果显示,压电式压力传感器加速度寄生输出可以消除。基于此,设计了具有加速度补偿的压电式压力传感器。其次,基于传感器的结构,建立了传感器的力学模型,推导出传感器的灵敏度和固有频率的理论计算公式;在完成传感器力学模型有效性分析后,分析了各结构参数对其静动态特性的影响规律。再次,利用有限元软件,分别仿真得出了传感器在压力载荷和加速度载荷作用下的灵敏度,并通过模态分析和谐响应分析,得出传感器的固有频率。结合理论推导和仿真分析结果,完成了传感器优化设计,在其加速度灵敏度得以消除的同时,提升了传感器的静动态特性,优化后的固有频率为257kHz,电荷灵敏度为4686pC/MPa。最后,搭建了传感器标定平台,完成了标定实验,得到传感器电荷灵敏度为1136pC/MPa,固有频率为228.3kHz,加速度灵敏度为0.0244pC/g,基本消除了压电式压力传感器在加速度惯性载荷作用下产生的叠加输出,同时,传感器静动态特性满足高频动态信号的测量要求。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨聪

导师: 李映君

关键词: 压电式压力传感器,加速度补偿,冲击波压力测量,动态测量

来源: 济南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 力学,自动化技术

单位: 济南大学

基金: 国家自然科学基金项目面上项目(编号51875250)大量程轮辐式压电六维力传感器基础理论与实验研究,国家自然科学基金青年科学基金(编号51705200)基于PVDF的高精密轴承滚动体冷墩成型质量在线检测机理研究

分类号: TP212;O382

DOI: 10.27166/d.cnki.gsdcc.2019.000483

总页数: 85

文件大小: 14278K

下载量: 377

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