压力传感器校准核心设备：周期函数和非周期函数压力发生器

　　 周期函数压力发生器

       动态压力源是压力传感器校准系统的核心设备。除激波管外，校准传感器动态频响的压力源还有周期函数发生器。

　　目前，正弦压力发生器的频率可达100 kHz以上。但是，频率越高，所能够产生的动态压力帳度越小，20 kHz时动压的峰-峰值仅为平均压力的7%。

　　按工作原理，周期压力信号发生器可分为四类∶谐振空腔式、非谐振空腔式、阀门装置和喇叭式压力发生器。

　　谐振空腔校验器，通常为一封闭空腔，用适当方法产生空气谐振，安装在空腔壁上的传感器则能感受到周期变化的压力。

　　非谐振空腔校验器的原理是用一定方式调制通过容器的气流，使容器内的气体产生周期变化的压力。

　　转动阀门式方波压力发生器的结构原理如下图所示。

转动阀门式方波压力发生器的结构原理

　　压力频率受轴的转速控制，要避开管路系统工作频率。它一般多用于低频。喇叭式压力发生器的结构如下图所示。它的工作原理类似于动圈式扬声器。音圈受正弦信号激励，带动音膜振动，使空气耦合腔内的压力变化。

喇叭式压力发生器的结构

　　这种压力发生器工作频带最高可达100 kHz。

　　非周期函数压力（力）发生器

　　非周期函数压力（力）发生器产生的是单次力或压力信号。用数字方法将传感器时间域内的输人和输出关系转换到频域后，则可求得传感器的频响。

　　激波管为非周期函数（瞬态）压力发生器。此外，还有快速阀门和爆膜装置，以及落球（落锤）装置等。

　　1）快速释放阀门和爆膜装置

　　快速阀门装置具有两个压力室——一个是安装传感器的小容室，另一个是相对来说相当大的大容室。开始时两室之间建立一个压差，利用快速方法连通两室间的通道而产生一个有一定上升时间的压力阶跃函数。其阶跃维持时间可以看作是无限的。

　　下图示出了预应力杆式阀门装置的原理图。

预应力杆式阀门装置的原理图

　　这种装置有两个空腔，全部充满液体。两容器用一个特殊阀门隔开，被校准的传感器安装在较小的容器处。大容器体积为小容器的103倍，长度为小容器的40倍。将大容器加到预定压力。快速开启阀门是利用长阀杆的弹性变形而实现的。首先，通过泄放阀将小室排至大气压，对大容器加压，迫使阀头进一步压在阀孔上。此时，阀杆承受很大的压应力。当突然撤去压力后，被压紧的阀杆因弹性应力迅速驰张和后退，在流体压力的作用下，针阀完全开启，而使传感器感受到一个单调跃升压力波。

　　下图为落锤启动快速阀门。

落锤启动快速阀门

　　该装置的工作原理是：落锤冲击活塞下端，活塞下降，使小容器与高压大容器相通，压力跃升。

　　下图示出了一种充油爆膜装置。

充油爆膜装置

　　这种装置压力上升时间最快。其特点是以膜片代替阀门。低压装置一般用绷紧的橡皮膜片，更髙压力可改用聚酯膜、薄金属膜。当膜片被刺破时，由于预应力的作用使它全部破裂。压力稍高，可以靠膜两边压差破膜。

　　2）落球装置

　　它利用落球（锤）掉在髙压液压装置的活塞上，使装置内液体产生一个近似半正弦的压力脉冲。

　　下图为落球装置作用原理示意图。

液压标定装置结构示意图

　　当落体与活塞碰撞时，在很短的时间内落球把动能传递给传感器，然后落体弹回，同时传感器按自身固有频率振荡。假设落球和传感器均为完全弹性的，且传感器的变形为零。上述假设的前提条件是落球质量近似为零。当落球质量增加时，传递到传感器的能量增加并逐渐达极限值，然后逐渐减少。

　　下图为落球校准法得到的传感器输出幅值-时间曲线。

质量比的影响

　　落球校准法的优点是：①设备简单、可靠，通过调节球重及提升高度，可获得力值范围极宽的冲击力（对于在100 kN以上的大力值，往往是其他装置所不易产生的）；②输入函数从理论上计算为近似半正弦波，因而也可用来校准传感器的频率特性，特别适用于确定传感器的固有频率。其缺点和不足之处是:落球对传感器作用为一集中力，并同传感器结构形状有关，与均布压力作用有些不一致。

　　落球冲击标定装置适用于传感器的固有频率为2?100 kHz。