高频动态压电式压力传感器结构设计与实验研究

摘要

针对激波压力信号快速测量需求的提升，提出了一种基于压电效应的高频动态激波压力传感器结构形式及测量原理。通过分析激波信号的时频特性，确定高频动态压电式压力传感器的性能需求；采用高频动态压电式压力传感器的测量原理，对提出的激波压力测量进行了分析；基于变形协调一致原则，建立了静力学和动力学模型，分析传感器结构参数对灵敏度和固有频率的影响规律；将优化后的传感器三维模型导入ANSYS中进行静力学、动力学和压电耦合分析，验证了传感器结构及其测量原理的可行性。通过准静态标定和动态标定实验，得到传感器的电压灵敏度、非线性度和固有频率等测量性能指标，实验结果表明：研制的高频动态压电式激波压力传感器样机具有高灵敏度3.19 mV/kPa、高固有频率特性95.625 Hz和短上升时间10.45μs特性，能够满足实际测试需求。

关键词

力学模型 / 压力传感器 / 激波 / 标定实验 / 压电陶瓷

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51875250); 山东省自然科学基金资助项目(ZR2023ME109); 济南市“新高校20条”资助项目(202228116)