一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，包括压电堆、柔性振动膜片、带孔活塞杆和外壳体，压电堆、柔性振动膜片和带孔活塞杆从上至下依次设置在外壳体内，外壳体上设置有进气口，进气口与带孔活塞杆连通。本发明专利技术易于控制、结构紧凑、体积小、工作频率高、成本低，适应于所有需要进行压力转换的气路，可以随时随地插入需要进行压力转换的气路里并且不会产生较大的附加质量。

A Pulsating Air Converter Driven by High Frequency Piezoelectric Ceramics

The invention discloses a pulsating air flow converter driven by high frequency piezoelectric ceramics, which comprises a piezoelectric stack, a flexible vibration diaphragm, a perforated piston rod and an outer shell. The piezoelectric stack, a flexible vibration diaphragm and a perforated piston rod are arranged in the shell body from top to bottom, and an air inlet is arranged on the shell body, and the air inlet is connected with the perforated piston rod. The invention is easy to control, compact in structure, small in volume, high in working frequency and low in cost, and is suitable for all the gas paths requiring pressure conversion, and can be inserted into the gas paths requiring pressure conversion anytime and anywhere without producing large additional mass.

【技术实现步骤摘要】
一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器
本专利技术属于气流压力转换装置
，具体涉及一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器。
技术介绍
目前，对气流的压力转换装置研究较少，已有的装置普遍是将开关的功能嫁接到转换装置上，通过控制转换器上的通气口的开合，使通过通气口的稳压气流产生规律振荡，得到预设量级和频谱的携压脉动气流。但是，带有常规驱动器的气流转换装置的工作频率较低，体积较大且干扰较多，不易于接入气路，机械阻力大，容易损坏。压电陶瓷能量密度大、动态响应速度快、控制精度高、成本低，广泛用于驱动器和传感器材料，其工作频率很高，且易于通过电压实施精准控制，但变形量较小，制约其直接使用，可以配套相应的位移放大机构实现。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，能将稳压气流转变为需要的脉动气流，且工作频率较普通开关器得到有效提高，同时能够插入需要进行压力转换的气路并且不会产生较大附加质量。本专利技术采用以下技术方案：一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，包括压电堆、柔性振动膜片、带孔活塞杆和外壳体，压电堆、柔性振动膜片和带孔活塞杆从上至下依次设置在外壳体内，外壳体上设置有进气口，进气口与带孔活塞杆连通。具体的，压电堆的顶面与外壳体固接，底面与柔性振动膜片的硬芯固接。进一步的，柔性振动膜片的外圈上开有若干孔，通过紧固螺栓与外壳体固接。具体的，柔性振动膜片与外壳体之间设置有第一密封圈，柔性振动膜片与第一密封圈、外壳体以及带孔活塞杆一起构成密闭的液压腔。进一步的，液压腔内带孔活塞杆与外壳的连接处设置有第二密封圈。进一步的，液压腔包括上下两个活动腔室，上腔室的端面积大于下腔室的端面积。进一步的，上腔室和下腔室的端面积之比为(20～40)：1。具体的，外壳体与带孔活塞杆的连接处设置有复位弹簧，带孔活塞杆通过复位弹簧与外壳体连接。具体的，外壳由轻质材料制成。具体的，柔性振动膜片由弹簧钢材料制成，柔性振动膜片的纤薄部分厚度为0.8～1mm。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，用柔性振动膜片代替活塞，运动频率高，进气口与带孔活塞杆连通，位移放大机构采用液压，抗拉压能力强，可以承受来自气路的强烈气压，耐用性强；工作频率更高，体积更小，控制精度更高，成本低。进一步的，给定特定频谱的电压时，压电陶瓷能够快速响应从而使转换器输出同频谱的电压，这是其他类型转换器难以实现的。进一步的，液压腔的上下活动部分的端面积一大一小，且由于密封腔内的液体体积始终不变，则柔性振动膜片产生的微小轴向位移传递到活塞杆处会被放大，放大的比例取决于两个面积之比。进一步的，复位弹簧可以产生回复力，让液压和柔性振动膜片复原到原位置。进一步的，当外壳使用轻质材料是，可以使转换器的质量尽可能的小，以便于插入气路时，不会使整个系统产生较大附加质量。进一步的，柔性振动膜片由弹簧钢材料制成，可以保证薄膜片具有足够的弹性与刚度，使其能持续随激励产生较小形变位移。膜片的纤薄部分厚度为0.8～1mm，位于膜片中央与驱动源相接的硬芯和外围厚圆之间，厚度值范围取决于膜片能产生最大振动位移时的最佳值，同时要保证一定的刚度和强度，此转换器理想的厚度范围是0.8～1mm。综上所述，本专利技术易于控制、结构紧凑、体积小、工作频率高、成本低，适应于所有需要进行压力转换的气路，可以随时随地插入需要进行压力转换的气路里并且不会产生较大的附加质量。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的数学模型系统框图；图3为本专利技术的输出位移与压电堆变形量的仿真对比图；图4为输出压力仿真图；图5为根据经验公式算的脉动压力功率谱密度图；图6为实况测得的脉动压力功率谱密度图。其中：1.压电堆；2.紧固螺栓；3.柔性振动膜片；4.第一密封圈；5.液压腔；6.外壳；7.第二密封圈；8.复位弹簧；9.进气口；10.带孔活塞杆。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术提供了一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，采用压电陶瓷驱动的气流转换装置，使入口的稳压气流经该转换装置后在出口处形成特定频谱的含压脉动气流。采用压电片叠加以及密闭液压室位移放大原理使其变形量可达到毫米级，通过控制压电陶瓷的输入电压来控制其输出的振动位移量，使得装置的通气口能够跟随压电陶瓷的振动实现周期性的开合，从而使流经的稳压气流变成特定的脉动气流。请参阅图1，本专利技术一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，包括压电堆1、紧固螺栓2、柔性振动膜片3、第一密封圈4、第二密封圈7、液压腔5、外壳体6、复位弹簧8、进气口9、带孔活塞杆10，外壳体6内从上至下依次设置压电堆1，柔性振动膜片3，液压腔5和带孔活塞杆10，柔性振动膜片3和外壳体6之间设置第一密封圈4，外壳6上开有进气口9，进气口9与带孔活塞杆10的孔连接。压电堆1的顶面固接于外壳体6，留出接电线，底面与柔性振动膜片3中间的厚硬芯固连。柔性振动膜片3的厚外圈上均匀开有若干孔，通过紧固螺栓2固定于外壳6，柔性振动膜片3介于厚硬芯与厚外圈之间的纤薄膜片部分则用于产生轴向振动；柔性振动膜片3由弹塑性好的弹簧钢材料65Mn制成，其纤薄部分厚度为0.8～1mm之间；其余零件依标准件制成。柔性振动膜片3与第一密封圈4、外壳体6以及下部的带孔活塞杆10一起构成了密闭的液压腔5，液压腔5的上下活动部分的端面积一大一小，则柔性振动膜片3产生的微小轴向位移传递到带孔活塞杆10会被放大；另外，液压腔5的上下活动部分，即柔性振动膜片3和带孔活塞杆10的端面积一大一小，由于液压腔5内的液体体积始终不变，则柔性振动膜片3产生的微小轴向位移传递到带孔活塞杆10处会被放大，放大的比例取决于面积之比，柔性振动膜片3产生的位移由压电堆1驱动。带孔活塞杆10与复位弹簧8相连，最终固定于外壳体6上，带孔活塞杆10与外壳6的连接处设置有第二密封圈7。优选的，外壳6由轻质材料制成。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，其特征在于，包括压电堆(1)、柔性振动膜片(3)、带孔活塞杆(10)和外壳体(6)，压电堆(1)、柔性振动膜片(3)和带孔活塞杆(10)从上至下依次设置在外壳体(6)内，外壳体(6)上设置有进气口(9)，进气口(9)与带孔活塞杆(10)连通。

【技术特征摘要】
1.一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，其特征在于，包括压电堆(1)、柔性振动膜片(3)、带孔活塞杆(10)和外壳体(6)，压电堆(1)、柔性振动膜片(3)和带孔活塞杆(10)从上至下依次设置在外壳体(6)内，外壳体(6)上设置有进气口(9)，进气口(9)与带孔活塞杆(10)连通。2.根据权利要求1所述的一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，其特征在于，压电堆(1)的顶面与外壳体(6)固接，底面与柔性振动膜片(3)的硬芯固接。3.根据权利要求1或2所述的一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，其特征在于，柔性振动膜片(3)的外圈上开有若干孔，通过紧固螺栓(2)与外壳体(6)固接。4.根据权利要求1所述的一种基于高频压电陶瓷驱动的脉动气流转换器，其特征在于，柔性振动膜片(3)与外壳体(6)之间设置有第一密封圈(4)，柔性振动膜片(3)与第一密封圈(4)、外壳体(6)以及带孔活塞杆(10)一起构成密闭的液压腔(5)。5.根据权利要求4所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：董龙雷，严健，张超，官威，马琳婕，蔡银山，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61