压电式高频振动台制造技术

本实用新型专利技术涉及一种压电式高频振动台，属于力学振动计量领域。为了解决现有高频振动台粘结胶老化对振动台长期稳定性的影响，以及进一步提高振动台失真度、谐振峰等关键技术指标，本实用新型专利技术提供的振动台，包括：基座，基座上端叠置压电陶瓷叠堆，压电陶瓷叠堆上端叠置台面；预应力螺栓，设置于基座内表面底部的中央位置，并设置为穿过基座和压电陶瓷叠堆后并插入台面内，且螺栓位于压电陶瓷叠堆内的部分套有绝缘套管；压电陶瓷叠堆，包裹于绝缘套管外部，内部各层之间设置有电极。本实用新型专利技术技术方案保证了振动台的长期稳定性，达到提高功率容量及改善谐振频率的目的；基本可实现在工作频率范围内无谐振峰；可使振动台满足高频加速度计的大振幅校准。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于力学振动计量领域，具体涉及一种压电式高频振动台。
技术介绍
高频振动基准承担着全国各省市计量部门、航空航天及军工、各部委最高振动标准高频的量值传递工作。高频振动基准主要由高频振动台、激光干涉仪及数据采集处理系统三部分组成。在高频振动基准中高频振动台主要用于产生2kHz～50kHz的高频振动激励信号。该基准的性能对保证我国高频量值的统一性和准确性起到至关重要的作用。压电式高频振动台是该高频振动基准装置非常重要的组成部分。因此压电式高频振动台的长期稳定性及关键技术指标直接影响高频振动基准的性能。我国70年代研制的压电式高频振动台如图1所示，其中，101：台面；102：基座；103：外壳；104：压电叠堆；105：电极；该高频振动台目前主要存在两方面问题：(1)在26kHz～28kHz之间有两个谐振峰，因此该振动台在26kHz～28kHz频率范围内无法正常工作；(2)现有振动台台面、压电片、电极和底座之间采用环氧树脂粘结，随着粘结胶的老化，无法保证振动台的长期稳定性及失真度、谐振峰等关键技术指标。并且原振动台在采用环氧树脂粘结压电片的过程中，无法精确控制预应力的大小，因此同时研制的多台压电式高频振动台一致性较差。而高频振动台作为高频基准的核心部件，其长期稳定性非常重要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是克服现有高频振动台粘结胶老化对振动台长期稳定性的影响，以及进一步提高振动台失真度、谐振峰等关键技术指标，并进一步确保全国高频振动量值的准确可靠，为技术监督部门提供计量保证。(二)技术方案为解决上述技术问题，本技术提供一种压电式高频振动台，包括基座、压电陶瓷叠堆、台面以及预应力螺栓；所述基座上端叠置所述压电陶瓷叠堆，所述压电陶瓷叠堆上端叠置所述台面；所述预应力螺栓设置于所述基座内表面底部的中央位置，并设置为穿过所述基座和压电陶瓷叠堆后并插入所述台面内，且所述预应力螺栓位于所述压电陶瓷叠堆内的部分套有绝缘套管；所述压电陶瓷叠堆包裹于所述绝缘套管外部，所述压电陶瓷叠堆的各层之间设置有电极。所述压电陶瓷叠堆由为压电系数范围为250～400C/N的材料制成。所述压电陶瓷叠堆两端面的平直度和平行度均为0.001mm～0.01mm。所述压电陶瓷叠堆由压电陶瓷片堆叠而成，所述压电陶瓷片的厚度为3mm～5mm；所述压电陶瓷叠堆的高度为12.20mm～25.12mm。-->所述电极为铜箔电极，用于与所述压电陶瓷叠堆进行同极性相连；所述压电陶瓷叠堆的负电极分别连接所述基座与台面。所述台面由密度值为(4.0×103～8.0×103)Kg/m3、且弹性模量值为(1.3×1011～1.5×1011)/Gpa的材料制成，其尺寸根据待校准的对象设计。所述基座由密度值为(14.0×103～17.5×103)Kg/m3、且弹性模量值为(1.3×1011～1.5×1011)/Gpa的材料制成。所述预应力螺栓由经热处理后的高强度螺栓钢制成；预应力螺栓为螺距值为0.75mm～1.25mm、机械强度值为900～1600Mpa且长度为45mm～55mm的螺栓。(三)有益效果本技术技术方案对比现有技术，具备如下几方面的特征：(1)利用压电陶瓷振子的逆压电效应，即轴向极化的压电陶瓷叠堆在交变电场中产生轴向交变形变，使振动台台面产生正弦振动；(2)通过采用台面、底座以及预应力螺栓给压电陶瓷叠堆施加预应力代替环氧树脂粘结法，使压电陶瓷叠堆在工作过程中承受高频振动时维持压缩状态的持久性得到显著提高，进而有效避免现有技术中因环氧树脂粘结胶老化的原因而导致压电陶瓷片易破裂的问题；该技术方案保证了振动台的长期稳定性，达到提高功率容量及改善谐振频率的目的；(3)通过ANSYS有限元分析法对高频振动台的整体结构进行理论分析，结合研制经验，最终研制的振动台基本可实现在工作频率范围(2kHz～50kHz)内无谐振峰；(4)将变幅杆的原理应用到高频振动台的台面设计上，使振动台在相同的推力下产生振幅放大的作用，该设计可使新研制的振动台满足高频加速度计的大振幅校准。附图说明图1为现有技术中压电式高频振动台的结构示意图；图2为本技术实施例所提供的压电式高频振动台的结构示意图；图3为本技术实施例中压电陶瓷叠堆的示意图；图4为本技术实施例中压电陶瓷叠堆的内部结构示意图；图5示出了本技术实施例所提供的压电式高频振动台对比现有技术在失真度及谐振峰上的区别表现。具体实施方式为使本技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。本实施例具体描述本技术技术方案所提供的压电式振动台的结构特征及功能特征。如图2所示，一种压电式高频振动台，包括外壳203、基座202、压电陶瓷叠堆204、台面201以及预应力螺栓207；-->所述基座202上端叠置所述压电陶瓷叠堆204，所述压电陶瓷叠堆204上端叠置所述台面201，所述台面201上表面用于承接待校准的对象(例如传感器)；所述预应力螺栓207设置于所述基座202内表面底部的中央位置，并设置为穿过所述基座202以及压电陶瓷叠堆204后并插入所述台面201内部，且预应力螺栓207位于压电陶瓷叠堆204内的部分套有绝缘套管206；所述压电陶瓷叠堆204，设置于所述台面201和基座202之间，并包裹于所述绝缘套管206外部，所述压电陶瓷叠堆204内部各层之间设置有电极205。所述压电陶瓷叠堆204材料为压电系数大并且形变线性好的材料；优选地，所述压电陶瓷叠堆204由压电系数范围为250～400C/N的材料制成。所述压电陶瓷叠堆204两端面的平直度和平行度为0.001mm～0.01mm。所述压电陶瓷叠堆由压电陶瓷片堆叠而成，所述压电陶瓷片厚度为3mm～5mm；所述高频振动台中压电陶瓷叠堆204的总高度选择范围为12.20mm～25.12mm。如图4所示，压电元件(例如压电陶瓷片)组成叠堆时，为保证极间导电，两压电片之间均衬以铜箔电极402，用于与外界供电系统连接，并对所述压电陶瓷叠堆401进行同极性相连，以形成电路并联的状态，且所述压电陶瓷叠堆401的负电极分别连接基座202与台面201。所述台面201制作材料为密度小刚性大的材料，其尺寸根据待校准的对象设计；优选地，所述台面201由密度值范围为(4.0×103～8.0×103)Kg/m3、且弹性模量值范围为(1.3×1011～1.5×1011)/Gpa的材料制成。所述基座202制作材料为密度大刚性大的材料；优选地，所述基座202由密度值范围为(14.0×103～17.5×103)Kg/m3、且弹性模量值范围为(1.3×1011～1.5×1011)/Gpa的材料制成。所述预应力螺栓207制作材料为经热处理后的高强度螺栓钢。所述预应力螺栓207为细螺距、机械强度高且长度为45mm～55mm的螺栓；优选的螺距值范围为0.75mm～1.25mm、机械强度值范围为900～1600Mpa。下面对上述各部件进行详细说明：1>关于压电陶瓷元件(即上述压电陶瓷片)的设计方案压电陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电式高频振动台，其特征在于，包括基座、压电陶瓷叠堆、台面以及预应力螺栓；　　所述基座上端叠置所述压电陶瓷叠堆，所述压电陶瓷叠堆上端叠置所述台面；　　所述预应力螺栓设置于所述基座内表面底部的中央位置，并设置为穿过所述基座和压电陶瓷叠堆后并插入所述台面内，且所述预应力螺栓位于所述压电陶瓷叠堆内的部分套有绝缘套管；　　所述压电陶瓷叠堆包裹于所述绝缘套管外部，所述压电陶瓷叠堆的各层之间设置有电极。

【技术特征摘要】
1.一种压电式高频振动台，其特征在于，包括基座、压电陶瓷叠堆、台面以及预应力螺栓；所述基座上端叠置所述压电陶瓷叠堆，所述压电陶瓷叠堆上端叠置所述台面；所述预应力螺栓设置于所述基座内表面底部的中央位置，并设置为穿过所述基座和压电陶瓷叠堆后并插入所述台面内，且所述预应力螺栓位于所述压电陶瓷叠堆内的部分套有绝缘套管；所述压电陶瓷叠堆包裹于所述绝缘套管外部，所述压电陶瓷叠堆的各层之间设置有电极。2.如权利要求1所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述压电陶瓷叠堆由为压电系数范围为250～400C/N的材料制成。3.如权利要求1所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述压电陶瓷叠堆两端面的平直度和平行度均为0.001mm～0.01mm。4.如权利要求1所述的压电式高频振动台，其特征在于，所述压电陶瓷叠堆由压电陶瓷片堆叠而成，所述压电陶瓷片的厚度为3mm～5mm；所述压电陶瓷叠堆的高度为12.20mm～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽峰，于梅，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]