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2.4 本章小结 10
3 基于逆压电效应的半正弦压力脉冲装置的可行性分析 10
3.1 基于逆压电效应的半正弦压力脉冲装置的工作原理 10
3.2 压电叠堆的性能分析与仿真 11
3.2.1 压电陶瓷的逆压电效应 11
3.2.2 压电叠堆的结构 11
3.2.3压电叠堆输出位移的影响因素 12
3.2.4 压电叠堆产生半正弦振动的工作原理 12
3.2.5 压电叠堆输出位移的仿真 13
3.3 谐振腔的性能分析和仿真 25
3.3.1 谐振腔产生半正弦压力脉冲的原理 25
3.3.2 谐振腔传压特性的仿真 26
3.4 压电叠堆压力发生装置的可行性分析 32
3.5 本章小结 32
结 论 33
致 谢 34
参考文献35
1 绪论
1.1 选题的背景和意义
冲击波压力是弹药武器系统的的重要战术指标[1]，在实际武器系统的研发、研制、生产、验收中务必经测量的一重要指标。常用于冲击波压力测量的仪器设备有压阻式压力传感器和压电式压力传感器。压阻式压力传感器是应用半导体材料硅的压阻效应制成的传感器，具有动态响应快，灵敏度高，稳定性好，工作温度范围宽，测量精度高，易于小型与微型化批量生产与使用方便等特点[1]；压电式压力传感器是利用压电材料 (如石英、压电陶瓷等) 的压电效应，将被测压力转换为电信号[2]，具有有动态响应好，抗干扰能力强，热效应低，尺寸小，灵敏度高等等特点[3]。ICP型冲击波压力测量系统在实际进行冲击波压力测试时，存在寄生效应，诸如受机械冲击、机械振动等，为了抑制或减小寄生效应对实际测量结果带来的影响，需要对传感器采用一定的防护措施，如防震、隔热、抗冲击等，这会造成实际使用的传感器组件的刚度和等效质量出现变化，导致传感器组件的动态特性出现变化。为准确测量爆炸场冲击波压力，需要对传感器进行校准以获取传感系统的工作特性参数。
对于冲击波压力测试常用的ICP型传感器，由于ICP构成的测量系统的时间常数无法达到无穷大，造成系统的低频特性不够理想，采用静态标定时会出现漂移，所以静态标定无法确保该类传感器系统灵敏度的准确性。另外，静态标定的时间较长，会影响传感器的使用寿命，所以静态标定尤其不适用于精度高、寿命有限的传感器[4]。
动态校准是克服静态标定缺点的有效途径，可利用基于激波管的动态校准方法以获得传感系统的动态特性，但一方面目前激波管所产生的阶跃压力持续时间有限，一般只有4～6ms，而导致所获得的传感系统的零频特性以及低频（如1kHz以内）的传递特性不可靠；另一方面，在激波管上对压力传感系统进行动态校准时，难以实现溯源校准。
准静态校准就是利用已知脉宽和峰值的半正弦压力脉冲对被测量系统进行标定，是基于动态校准和静态标定之间的一种方法，“比对式”校准是目前常采用的校准方法，用相同激励信号作用于被校准传感器与标准传感器，对两传感系统的输出进行比较，得到被校传感器的准静态特性。准静态校准的优点主要体现在两方面：一方面所产生的半正弦信号拥有丰富的低频以及零频特性；另一方面准静态校准可实现朔源校准。
目前国内外准静态校准的方法主要为落锤液压校准装置，由于采用液压校准的原理，当前所产生的压力区间为10MPa～1000MPa，而针对冲击波压力测量0.01MPa～6.9MPa范围内的压力，尤其是冲击波压力测量系统中使用的50Psi量程的传感器，该装置难以实现0.01MPa～1MPa以内的校准。本论文应自然科学基金及国防科工局技术基础项目需求，试图通过论证分析及相关工程实践，寻找一种适用于冲击波压力传感系统校准的装置。