一种堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试方法技术

本发明专利技术一种堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试方法属于风洞模型试验振动抑制领域，涉及一种适用于风洞主动抑振支杆的堆叠式压电陶瓷驱动器性能测试方法。测试方法采用测量控制系统与压力传感器、应变片、堆叠式压电陶瓷驱动器和电脑构成堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试系统进行测试。首先在基座上安装堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试系统，再根据实验要求调整紧固螺母，使压力传感器的示数达到预定的预紧力数值后，操作测量控制系统进行实验。利用电脑和测量控制系统采集应变、压力信息，并进行后期处理。测试方法简单、可靠、精度高，当实验条件变化时，只需简单调整实验装置即可，方便实用。

【技术实现步骤摘要】
一种堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试方法
本专利技术属于风洞模型试验振动抑制领域，涉及一种适用于风洞主动抑振支杆的堆叠式压电陶瓷驱动器性能测试方法。
技术介绍
风洞模型试验在飞行器研制开发与性能测试过程中是一种十分重要的手段，准确稳定的风洞模型实验数据可以为航空飞行器空气动力学特性研究提供重要的基础。在风洞试验中，尾部支撑是常用的模型支撑方式，但尾撑形式的模型系统为典型的悬臂梁结构，系统刚度低，易与风洞内的低频脉动气流耦合，从而引起模型的大幅振动。系统振动会导致无法准确测量气动性能，如果支杆长时间大幅振动，支杆很可能会断裂，给风洞试验造成极大的安全隐患。在风洞支杆系统振动的主、被动抑制方法中，抑振效果较好的方法是采用驱动器进行主动控制抑振，纵向压电陶瓷驱动器在结构上采取叠堆型排列，将许多单层机械串联在一起，电气上并联连接。其能高效的将电能转换为机械能，而且体积小，驱动力与驱动功率大，因此驱动器多选用堆叠式压电陶瓷驱动器。堆叠式压电陶瓷驱动器的性能对抑振效果的好坏有着直接的影响，因此对堆叠式压电陶瓷驱动器的性能进行全面的测试至关重要。堆叠式压电陶瓷在工程应用中，安装时施加的预紧力会对其输出性能产生较大的影响，过大的预紧力会使堆叠式压电陶瓷驱动器重新极化，一方面，使位移增加，另一方面，有效电容值和损耗增加，会影响堆叠式压电陶瓷驱动器的寿命。压力预紧力同样也会产生部分的拉伸应力。因此，当预紧力很大时，局部拉伸应力会超过最大值，会影响堆叠式压电陶瓷驱动器寿命甚至损坏堆叠式压电陶瓷驱动器。因此研究预紧力对堆叠式压电陶瓷驱动器的影响对于工程实际来说十分必要。针对堆叠式压电陶瓷驱动器的性能测试，如沈阳建筑大学的李颂华，左闯等人专利技术的“一种封装式压电陶瓷测试装置”，专利号为CN201720267190.2。专利技术了一种能够监测堆叠式压电陶瓷驱动器在不同预紧力下位移输出的装置，能够灵活测量不同预紧力下堆叠式压电陶瓷驱动器的输出性能，但没有考虑堆叠式压电陶瓷驱动器重力的影响，没有关注堆叠式压电陶瓷驱动器输出力的变化，不能广泛适用于工程应用。
技术实现思路
本专利技术所解决的问题是风洞支杆振动主动控制抑振方案中堆叠式压电陶瓷驱动器的输出性能未知，预紧力对堆叠式压电陶瓷驱动器存在未知影响，没有专用的测试装置及固定的测试方法等问题，专利技术了一种用于风洞主动抑振支杆的堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试方法，该方法采用测量控制系统与压力传感器、应变片、堆叠式压电陶瓷驱动器和电脑构成电陶瓷驱动器输出性能测试系统，给堆叠式压电陶瓷驱动器施加一定的预紧力，提供给堆叠式压电陶瓷驱动器相应的驱动电压，利用电脑和测量控制系统采集应变、压力信息，并进行后期处理。该方法能够测量压电陶瓷在不同预紧力下的电压-伸长量、输出力-伸长量的特性，测试方法简单、可靠、精度高。当实验条件变化时，只需简单调整实验装置即可，方便实用。本专利技术采用的技术方案是一种堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试方法，其特征是，测试方法采用测量控制系统与压力传感器、应变片、堆叠式压电陶瓷驱动器和电脑构成堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试系统进行测试，方法的具体步骤如下：第一步在基座上安装堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试系统基座10上开有长凹槽，长凹槽的左端有一个凸台用于安装固定尾座1，长凹槽的右端加工有缺口；固定尾座1为倒L形，在长直角面上加工有固定尾座圆形凹槽101，在短直角面上加工两个通孔，用两个螺栓通过这两个通孔将固定尾座1固定在基座10长凹槽左端；垫片4一面具有垫片圆形凹槽401，另一面为垫片圆球面402；把应变片3贴于堆叠式压电陶瓷驱动器2表面，再将堆叠式压电陶瓷驱动器2安装在固定尾座1与垫片4之间，使堆叠式压电陶瓷驱动器2能够分别与固定尾座圆形凹槽101和垫片圆形凹槽401配合，并调心定位；将压力传感器5固定安装在垫片4与推杆6之间，推杆6的平面端紧贴压力传感器5，推杆6的长杆端穿过基座10右端的缺口，能沿着基座的长凹槽滑动，推杆6的长杆端有螺纹与紧固螺母7配合固定；最后，将测量控制系统9与压力传感器5、应变片3、堆叠式压电陶瓷驱动器2和电脑8连接起来，测试系统安装完毕；第二步：根据实验要求调整紧固螺母7，使压力传感器5的示数达到指定预紧力。第三步：操作所述测量控制系统9进行实验，依次输出指定驱动电压，同时通过电脑8记录应变值以及压力传感器5示数变化；第四步：使用电脑8采集和处理数据，压电陶瓷所受压力由压力传感器与测量控制系统测量得出，堆叠式压电陶瓷驱动器的应变信息由应变片与测量控制系统测量得出；根据实验数据获得输出有效力Feff和堆叠式压电陶瓷驱动器位移ΔL，根据以下公式：其中，Fmax为压电陶瓷阻滞力；ΔL0为标称位移，在堆叠式压电陶瓷驱动器技术表格中查明；kL为负载刚度，kA为堆叠式压电陶瓷驱动器刚度，由以下公式求得：根据以上公式求得所述堆叠式压电陶瓷驱动器的阻滞力Fmax、负载刚度kL和压电陶瓷驱动器刚度kA，绘制堆叠式压电陶瓷驱动器的电压-伸长量关系图与输出力-伸长量关系图。本专利技术的有益效果是测试方法简单、可靠、精度高，在测试时堆叠式压电陶瓷驱动器呈水平状态，可以避免堆叠式压电陶瓷驱动器重力对实验结果造成的影响。堆叠式压电陶瓷驱动器的两端与固定尾座和垫片配合分别采用圆形凹槽形式，实现其定心调整，降低了装配难度，提高了装配精度。垫片与堆叠式压力传感器接触的面设计为圆球面，保证压力传感器与垫片为点接触，只能传递轴向力，保证堆叠式压电陶瓷驱动器不受剪切力的作用，从而避免堆叠式压电陶瓷驱动器被损坏。对于实验中需要的预紧力的切换仅需调节紧固螺母即可达到效果，能满足大部分堆叠式压电陶瓷驱动器性能的测试。测试系统不仅可以记录所需节点的数据，还能实时观测实验进程中的数据变化情况，以确保堆叠式压电陶瓷驱动器不会被损坏。附图说明图1是本专利技术的测试系统原理图。图2是本专利技术测试系统的结构示意图，其中，1-固定尾座，2-堆叠式压电陶瓷驱动器，3-应变片，4-垫片，5-压力传感器，6-推杆，7-紧固螺母，8-电脑，9-测量控制系统，10-基座。图3是本专利技术固定尾座的结构示意图，其中，1-固定尾座，101-固定尾座圆形凹槽。图4是本专利技术垫片的结构示意图，其中，4-垫片，401-垫片圆形凹槽，402-垫片圆球面。图5是本专利技术的测试方法的流程图。图6是实施例中堆叠式压电陶瓷驱动器控制电压-伸长量关系图。其中，1-卸载曲线，2-加载曲线，横坐标-控制电压(V),纵坐标-伸长量(μm)。图7是实施例中堆叠式压电陶瓷驱动器输出力-伸长量关系图。其中，1-卸载曲线，2-加载曲线，横坐标-输出力(KN)，纵坐标-伸长量(μm)。具体实施方式下面结合技术方案和附图详细说明本专利技术的具体详细实施。如图2所示，一种用于风洞主动抑振支杆的堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试系统由基座10，固定尾座1，堆叠式压电陶瓷驱动器2，应变片3，垫片4，压力传感器5，推杆6，紧固螺母7，电脑8，测量控制系统9组成。图1是本专利技术的测试系统原理图，先给定预紧力，压力传感器接收力的信息，送至堆叠式压电陶瓷驱动器和测量控制系统，堆叠式压电陶瓷驱动器上粘贴的应变片测到的应变信息也发送给测量控制系统，同时测量控制系统向堆叠式压电陶瓷驱动器发送电压信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试方法，其特征是，测试方法采用测量控制系统与压力传感器、应变片、堆叠式压电陶瓷驱动器和电脑构成堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试系统进行测试，方法的具体步骤如下：第一步在基座上安装压电陶瓷驱动器输出性能测试系统基座(10)上开有长凹槽，长凹槽左端有一个凸台用于安装固定尾座(1)，长凹槽的右端加工有缺口；固定尾座(1)为倒L形，在长直角面上加工有固定尾座圆形凹槽(101)，在短直角面上加工两个通孔，用两个螺栓通过这两个通孔将固定尾座(1)固定在基座(10)长凹槽左端的凸台上；垫片(4)一面具有垫片圆形凹槽(401)，另一面为垫片圆球面(402)；把应变片(3)贴于压电陶瓷驱动器(2)表面，再将压电陶瓷驱动器(2)安装在固定尾座(1)与垫片(4)之间，使压电陶瓷驱动器(2)能够分别与固定尾座圆形凹槽(101)和垫片圆形凹槽(401)配合，并调心定位；将压力传感器(5)固定安装在垫片(4)与推杆(6)之间，推杆(6)的平面端紧贴压力传感器(5)，推杆(6)的长杆端穿过基座(10)长凹槽右端的缺口，能沿着基座的长凹槽滑动，推杆(6)的长杆端有螺纹与紧固螺母(7)配合固定；最后，将测量控制系统(9)与压力传感器(5)、应变片(3)、压电陶瓷驱动器(5)和电脑(8)连接起来，测试系统安装完毕；第二步：根据实验要求调整紧固螺母(7)，使压力传感器(5)的示数达到预定的预紧力数值；第三步：操作所述测量控制系统(9)进行实验测试；依次输出指定驱动电压，同时通过电脑(8)记录应变值以及压力传感器(5)示数变化；第四步：利用电脑(8)采集和处理数据，压电陶瓷所受压力由压力传感器与测量控制系统测量得出，压电陶瓷驱动器的应变信息由应变片与测量控制系统测量得出；根据实验数据获得输出有效力Feff和压电陶瓷驱动器位移ΔL，根据以下公式：...

【技术特征摘要】
1.一种堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试方法，其特征是，测试方法采用测量控制系统与压力传感器、应变片、堆叠式压电陶瓷驱动器和电脑构成堆叠式压电陶瓷驱动器输出性能测试系统进行测试，方法的具体步骤如下：第一步在基座上安装压电陶瓷驱动器输出性能测试系统基座(10)上开有长凹槽，长凹槽左端有一个凸台用于安装固定尾座(1)，长凹槽的右端加工有缺口；固定尾座(1)为倒L形，在长直角面上加工有固定尾座圆形凹槽(101)，在短直角面上加工两个通孔，用两个螺栓通过这两个通孔将固定尾座(1)固定在基座(10)长凹槽左端的凸台上；垫片(4)一面具有垫片圆形凹槽(401)，另一面为垫片圆球面(402)；把应变片(3)贴于压电陶瓷驱动器(2)表面，再将压电陶瓷驱动器(2)安装在固定尾座(1)与垫片(4)之间，使压电陶瓷驱动器(2)能够分别与固定尾座圆形凹槽(101)和垫片圆形凹槽(401)配合，并调心定位；将压力传感器(5)固定安装在垫片(4)与推杆(6)之间，推杆(6)的平面端紧贴压力传感器(5)，推杆(6)的长杆端穿过基座(10)长凹槽右端的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘巍，姚壮，周孟德，温正权，李肖，梁冰，贾振元，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21