冲击式阶跃压力产生方法
【专利摘要】本发明的冲击式阶跃压力产生方法及装置以及形成的压力传感器动态校准装置三个技术方案，属于阶跃压力、压力传感器动态校准【技术领域】，该产生方法是：采用发射机构发射撞击块，撞击压力腔盖压缩传压介质，产生阶跃压力信号；产生装置有：发射机构、撞击块、应力波滤波垫、压力腔盖、压力腔、锁定机构、传压介质及其管道与阀门；动态校准装置还包括被校准压力传感器、标准压力传感器、信号线缆、数据采集记录机构，以该阶跃压力信号作信号源，经标准与被校准压力传感器进行测量比对，得出被校准压力传感器的动态校准结果；本发明的方法与装置优点有：利用压缩传压介质并锁定方式产生阶跃压力信号，产生装置简便易行，能灵活得到不同阶跃压力信号。
【专利说明】冲击式阶跃压力产生方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开的冲击式阶跃压力产生方法属于阶跃压力信号【技术领域】及压力传感 器动态校准【技术领域】，具体涉及的是冲击式阶跃压力信号产生方法及其产生装置，以及由 冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置。
【背景技术】
[0002] 在压力物理参量的动态测试中，被测信号往往具有幅值大、上升时间短、脉冲宽度 窄等特点，这对测试所用的压力传感器的动态性能提出了高的要求。压力传感器的频带、动 态灵敏度是至关重要的技术指标。在测试之前，需要用动态校准的方法确定所选用的压力 传感器的技术指标是否满足动态测试的要求。现在常用两类压力信号作为压力传感器动态 校准的信号源：一种是准δ函数脉冲压力信号；另外一种是阶跃压力信号。
[0003] 选用液体作为传压介质很容易产生准δ函数脉冲压力信号，例如：高静压下准δ 函数脉冲压力校准装置与落锤校准装置等，而液体传压介质很难产生阶跃压力信号，这是 由于液体难以压缩的性质造成的。本发明的目的是通过一定的加载方式与压力腔锁定机构 在传压介质中产生阶跃压力信号，并将其应用于压力传感器的动态校准之中。
[0004] 由于液体具有良好的传压性质，因此常被用来作为传压介质。以液体为传压介质 具有代表性的动态校准装置有高静压下准S函数脉冲压力校准装置和落锤校准装置，这 两种校准装置都是使用对传压介质进行加载然后立即卸载的方式产生压力脉冲信号，此信 号接近理想的δ函数脉冲信号。但由于液体传压介质很难被压缩，高幅值压力难以保持， 所以很难产生一个较为理想的阶跃压力信号。
[0005] 现有的以液体作为传压介质的动态校准方法都是产生准δ函数脉冲压力信号， 未见有能够产生阶跃压力信号的方法。本发明采用一种新的加载方式以及锁定机构来确保 高幅值压力能够持续一段时间，以此保证产生一较为理想的阶跃压力信号。本发明属于创 新的一种阶跃压力信号产生方法，此法也可形成一种新的压力传感器的动态校准方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是：向社会提供冲击式阶跃压力产生方法及其产生装置，以及冲击 式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置三个技术方案。
[0007] 本发明的技术方案包括冲击式阶跃压力产生方法及其产生装置，以及冲击式阶跃 压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置三部分。
[0008] 本发明关于冲击式阶跃压力产生方法的技术方案是这样的：这种冲击式阶跃压力 产生方法，技术特点在于：所述的冲击式阶跃压力产生方法是利用发射机构发射撞击块，使 撞击块高速运动撞击压力腔盖，压力腔盖向压力腔内运动进而压缩压力腔中的传压介质， 传压介质体积减小、压强增大，产生一压力信号上升沿；压力腔盖向压力腔内运动一段距离 后由锁定机构锁定，保证压力信号稳定持续一段时间，这样一次完整的冲击过程形成一个 阶跃压力信号，该阶跃压力信号由压力腔信号输出端输出。
[0009] 根据以上所述的冲击式阶跃压力产生方法，详细技术特点有：a.所述的发射机构 选择空气炮、或电磁发射机构。空气炮是利用压缩空气膨胀推动的原理进行发射，电磁发 射机构的原理是法拉第电磁感应定律，电磁炮就是该定律的应用之一。b.所述的撞击块选 择用钢材料；撞击块的形状选择圆柱形，尺寸选择：长X直径为：〇. 5米X Φ0. 5米?0. 5 米X Φ0. 75米；撞击块初速度选择20米/秒?60米/秒。c.所述的锁定机构是设置在 压力腔和压力腔盖之间的锁定机构，该锁定机构的详细结构是齿条构成的锁定机构，在压 力腔和压力腔盖四个侧面各设置一个齿条锁定机构，在撞击块高速撞击压力腔盖情况下， 压力腔盖齿条相对压力腔齿条向压力腔内运动，在压力腔盖压缩传压介质过程中，传压介 质压力增大，使压力腔盖齿条能更加紧密地啮合压力腔齿条，密封性能增强，在运动结束时 压力腔盖齿条被压力腔齿条锁定。d.所述的传压介质选择甘油、或煤油、或C0 2气体，在瞬 间撞击加载的过程内，传压介质的温度保持恒定，压力与体积成反比，传压介质体积减小， 压力增大。e.所述的压力腔盖面上设置有应力波滤波垫，以消除撞击时应力波对压力信号 产生的干扰，同为钢材料的撞击块与压力腔盖撞击会产生很大的应力波，应力波可以通过 传压介质传播，形成一脉冲压力信号，叠加在形成的阶跃压力信号上，造成阶跃压力信号的 失真，应力波滤波垫可以消除撞击产生的应力波，滤波垫材料可选择橡胶。f.所述的压力腔 上设置有传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀，阀门两端分别连接传压介质更换管 道，传压介质更换管道前端连接传压介质源、后端连接压力腔；排气阀两端分别连接排气管 道，排气管道一端连接在压力腔上，另一端出口连接外界，传压介质更换管道与阀门、排气 管道、排气阀在传压介质注入、排出压力腔时配合使用。
[0010] 根据以上所述的冲击式阶跃压力产生方法，技术特点还有：所述的该冲击式阶跃 压力信号的幅值及上升沿时间由撞击块发射速度调整和决定，撞击块速度越快，撞击块能 量就越大，碰撞压缩过程就越短，上升沿时间就越短，同样体积压缩量就越大，压力幅值就 越大。
[0011] 关于冲击式阶跃压力产生方法采用的冲击式阶跃压力产生装置的技术方案是这 样的：这种冲击式阶跃压力产生装置，技术特点在于：所述的该装置包括有：发射机构、撞 击块、应力波滤波垫、压力腔盖、压力腔、锁定机构、传压介质、传压介质更换管道、阀门、排 气管道、排气阀。采用发射机构发射撞击块，使撞击块高速运动撞击压力腔盖，压力腔盖向 压力腔内运动进而压缩压力腔中的传压介质，传压介质体积减小、压强增大，产生一压力信 号上升沿；压力腔盖向压力腔内运动一段距离后由锁定机构锁定，保证压力信号稳定持续 一段时间，这样一次完整的冲击过程形成一个阶跃压力信号，该阶跃压力信号由压力腔信 号输出端输出。
[0012] 根据以上所述的冲击式阶跃压力产生装置，详细技术特点有：a.所述的发射机构 选择空气炮、或电磁发射机构，空气炮是利用压缩空气膨胀推动的原理进行发射，电磁发射 机构的原理是法拉第电磁感应定律，电磁炮就是该定律的应用之一。b.所述的撞击块选 择用钢材料；撞击块的形状选择圆柱形，尺寸选择：长X直径为：〇. 5米X Φ0. 5米?0. 5 米X Φ0. 75米；撞击块初速度选择20米/秒?60米/秒；c.所述的锁定机构是设置在压 力腔和压力腔盖之间的锁定机构，该锁定机构的详细结构是齿条构成的锁定机构，在压力 腔和压力腔盖四个侧面各设置一个齿条锁定机构，在撞击块高速撞击压力腔盖情况下，压 力腔盖齿条相对压力腔齿条向压力腔内运动，在压力腔盖压缩传压介质过程中，传压介质 压力增大，使压力腔盖齿条能更加紧密地啮合压力腔齿条，密封性能增强，在运动结束时压 力腔盖齿条被压力腔齿条锁定。d.所述的传压介质选择甘油、或煤油、或C02气体，在瞬间 撞击加载的过程内，传压介质的温度保持恒定，压力与体积成反比，传压介质体积减�。� 力增大；e.所述的压力腔盖面上设置有应力波滤波垫，以消除撞击时应力波对压力信号产 生的干扰，同为钢材料的撞击块与压力腔盖撞击会产生很大的应力波，应力波可以通过传 压介质传播，形成一脉冲压力信号，叠加在形成的阶跃压力信号上，造成阶跃压力信号的失 真，应力波滤波垫可以消除撞击产生的应力波，滤波垫材料可选择橡胶。f.所述的压力腔 上设置有传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀，阀门两端分别连接传压介质更换管 道，传压介质更换管道前端连接传压介质源、后端连接压力腔；排气阀两端分别连接排气管 道，排气管道一端连接在压力腔上，另一端出口连接外界，传压介质更换管道与阀门、排气 管道、排气阀在传压介质注入、排出压力腔时配合使用。注入过程是：阀门与排气阀开启，传 压介质通过传压介质更换管道注入压力腔，排气阀用于排出此过程中压力腔中的空气，注 满时关闭阀门与排气阀；排出过程是：开启排气阀，随后开启阀门，排出传压介质，排空后 关闭排气阀及阀门。传压介质更换管道与阀门及排气管道与排气阀选择要求须能够耐受高 压。g.所述的冲击式阶跃压力信号的幅值及上升沿时间由撞击块发射速度调整和决定，撞 击块速度越快，撞击块能量就越大，碰撞压缩过程就越短，上升沿时间就越短，同样体积压 缩量就越大，压力幅值就越大。
[0013] 关于冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置的技术方案是这 样的：这种冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置，技术特点在于：所 述的该装置包括有：发射机构、撞击块、应力波滤波垫、压力腔盖、压力腔、锁定机构、传压介 质、传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀、冲击式阶跃压力信号、被校准压力传感器、 标准压力传感器、信号线缆、数据采集记录机构。采用发射机构发射撞击块，使撞击块高速 运动撞击压力腔盖，压力腔盖向压力腔内运动进而压缩压力腔中的传压介质，传压介质体 积减小、压强增大，产生一压力信号上升沿；压力腔盖向压力腔内运动一段距离后由锁定机 构锁定，保证压力信号稳定持续一段时间，这样一次完整的冲击过程形成一个阶跃压力信 号，该阶跃压力信号由压力腔信号输出端输出。根据公知公用的压力传感器动态校准方法 和规定程序进行本发明压力传感器的动态校准：在压力腔壁外侧信号输出端分别联接标准 压力传感器、被校准压力传感器信号输入端，用信号线缆分别连接标准压力传感器、被校准 压力传感器信号输出端至数据采集机构，采用输入压力腔壁上的阶跃压力信号，经过标准 压力传感器、被校准压力传感器进行测量比对，完成对被校准压力传感器的动态校准。以标 准压力传感器输出的压力信号作为输入信号，以被校准压力传感器输出的压力信号作为输 出信号，对输入信号与输出信号分别做快速傅里叶变换，将输出信号的快速傅里叶变换结 果与输入信号的快速傅里叶变换结果求比值，得到被校准压力传感器的动态传递函数，得 到其动态校准结果。
[0014] 根据以上所述的压力传感器动态校准装置，详细技术特点有：a.所述的发射机构 选择空气炮、或电磁发射机构，空气炮是利用压缩空气膨胀推动的原理进行发射，电磁发 射机构的原理是法拉第电磁感应定律，电磁炮就是该定律应用之一。b.所述的撞击块选 择用钢材料；撞击块的形状选择圆柱形，尺寸选择：长X直径为：〇. 5米X Φ0. 5米?0. 5 米X Φ0. 75米；撞击块初速度选择20米/秒?60米/秒；c.所述的锁定机构是设置在压 力腔和压力腔盖之间的锁定机构，该锁定机构的详细结构是齿条构成的锁定机构，在压力 腔和压力腔盖四个侧面各设置一个齿条锁定机构，在撞击块高速撞击压力腔盖情况下，压 力腔盖齿条相对压力腔齿条向压力腔内运动，在压力腔盖压缩传压介质过程中，传压介质 压力增大，使压力腔盖齿条能更加紧密地啮合压力腔齿条，密封性能增强，在运动结束时压 力腔盖齿条被压力腔齿条锁定。d.所述的传压介质选择甘油、或煤油、或C0 2气体，在瞬间 撞击加载的过程内，传压介质的温度保持恒定，压力与体积成反比，传压介质体积减�。� 力增大。e.所述的压力腔盖面上设置有应力波滤波垫，以消除撞击时应力波对压力信号产 生的干扰，同为钢材料的撞击块与压力腔盖撞击会产生很大的应力波，应力波可以通过传 压介质传播，形成一脉冲压力信号，叠加在形成的阶跃压力信号上，造成阶跃压力信号的失 真，应力波滤波垫可以消除撞击产生的应力波，滤波垫材料可选择橡胶。f.所述的压力腔 上设置有传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀，阀门两端分别连接传压介质更换管 道，传压介质更换管道前端连接传压介质源、后端连接压力腔；排气阀两端分别连接排气管 道，排气管道一端连接在压力腔上，另一端出口连接外界，传压介质更换管道与阀门、排气 管道、排气阀在传压介质注入、排出压力腔时配合使用，注入过程是：阀门与排气阀开启，传 压介质通过传压介质更换管道注入压力腔，排气阀用于排出此过程中压力腔中的空气，注 满时关闭阀门与排气阀；排出过程是：开启排气阀，随后开启阀门，排出传压介质，排空后 关闭排气阀及阀门。传压介质更换管道与阀门及排气管道与排气阀选择要求须能够耐受高 压。g.所述的标准压力传感器选择压电式压力传感器或压阻式压力传感器；所述的被校准 压力传感器是压电式压力传感器或压阻式压力传感器；h.所述的数据采集记录机构选择 由计算机与数据采集卡、电荷校准仪，以及操作系统与数据处理软件配套组合结构，计算机 与数据采集卡、电荷校准仪作为硬件，操作系统与数据处理软件作为软件，硬件软件结合使 用，完成传感器数据的采集、记录、显示及分析，当传感器选择压电式压力传感器时使用电 荷校准仪进行信号匹配并送入数据采集卡采集记录，当传感器选择压阻式压力传感器时， 输出信号直接送入数据采集卡采集记录。i.所述的冲击式阶跃压力信号的幅值及上升沿时 间由撞击块发射速度调整和决定，撞击块速度越快，撞击块能量就越大，碰撞压缩过程就越 短，上升沿时间就越短，同样体积压缩量就越大，压力幅值就越大。
[0015] 本发明的冲击式阶跃压力产生方法及其产生装置优点有：1.利用压缩传压介质 后锁定的方式产生了阶跃压力信号；2.压力产生装置简便易行，可灵活得到不同的阶跃压 力信号。本发明的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置优点有：以此 阶跃压力信号对压力传感器进行动态校准，可有较好的效果。这种冲击式阶跃压力产生方 法及其产生装置，以及基于冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置值得 采用和推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 本发明的说明书附图共有4幅： 图1为冲击式阶跃压力产生装置结构示意图； 图2为冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置结构示意图； 图3为图1中锁定机构10的局部放大示意图； 图4为图1中冲击式阶跃压力信号11的示意图，图中：纵坐标为压力， 单位为兆帕MPa,横坐标为时间，单位为微秒μ s ;pO为传压介质初始压力,pi为冲击后 传压介质的压力，tO为压力开始上升的时刻，tl为压力初始上升到pi的时刻。
[0017] 在各图中采用了统一标号，即同一物件在各图中用同一标号。在各图中：1.撞击 块；2.应力波滤波垫；3.压力腔盖；301.压力腔盖齿条；4.压力腔；401.压力腔齿条；5.传 压介质；6.标准压力传感器；7.被校准压力传感器；8.信号线缆；9.数据采集记录机构； 10.锁定机构；11.冲击式阶跃压力信号；12.阀门；13.传压介质更换管道；14.排气阀； 15.排气管道。
【具体实施方式】
[0018] 本发明的实施例有三部分：其一是关于冲击式阶跃压力产生方法的实施例，其二 是关于冲击式阶跃压力产生装置的实施例，其三是基于冲击式阶跃压力产生方法形成的压 力传感器动态校准装置的实施例。
[0019] 第一部分关于冲击式阶跃压力产生方法的非限定实施例如下： 实施例一.冲击式阶跃压力产生方法 该例的冲击式阶跃压力产生方法可用图1、图3、图4联合示出，图1所示的是冲击式阶 跃压力产生装置结构示意图，该例的方法是采用冲击式阶跃压力产生装置产生冲击式阶跃 压力，如图1所不，利用发射机构发射撞击块1，使撞击块1商速运动撞击压力腔盖3,压力 腔盖3向压力腔4内运动进而压缩压力腔4中的传压介质5,传压介质5体积减小、压强增 大，产生一压力信号上升沿；压力腔盖3向压力腔4内运动一段距离后由锁定机构10锁定， 保证压力信号稳定持续一段时间，这样一次完整的冲击过程形成一个冲击式阶跃压力信号 11，图4示出基于冲击式阶跃压力产生方法所产生的较为理想的阶跃压力信号11。该阶跃 压力信号11由压力腔4信号输出端输出。该例利用空气炮作为发射机构，撞击块1选用钢 材料，形状为圆柱形，尺寸为长X直径=0.5米ΧΦ0. 5米，初速度为20米/秒，传压介质 5选择甘油液体。该例的锁定机构10是设置在压力腔4和压力腔盖3之间的锁定机构，该 锁定机构10由图3示出，详细结构是由齿条构成的锁定机构，在压力腔4和压力腔盖3四 个侧面各设置一个齿条锁定机构10,在撞击块1高速撞击压力腔盖3情况下，压力腔盖齿条 301相对压力腔齿条401向压力腔4内运动，在压力腔盖3压缩传压介质5过程中，传压介 质5压力增大，使压力腔盖齿条301能更加紧密地啮合压力腔齿条401，密封性能增强，在运 动结束时压力腔盖齿条301被压力腔齿条401锁定。该例的压力腔盖3面上设置有应力波 滤波垫2,滤波垫2材料可选择橡胶。该例的压力腔4上设置有传压介质更换管道13、阀门 12、排气管道15、排气阀14,压力腔盖3、压力腔4、传压介质更换管道13、阀门12、排气管道 15、排气阀14选择35CrMnSiA钢材料。阀门12两端分别连接传压介质更换管道13,传压 介质更换管道13前端连接传压介质源、后端连接压力腔4 ;排气阀14两端分别连接排气管 道15,排气管道15 -端连接在压力腔4上，另一端出口连接外界，传压介质更换管道13与 阀门12、排气管道15与排气阀14在传压介质5注入、排出压力腔4时配合使用。注入过程 是：阀门12与排气阀14开启，传压介质5通过传压介质更换管道13注入压力腔4,排气阀 14用于排出此过程压力腔4中的空气，注满时关闭阀门12与排气阀14。排出过程是：开启 排气阀14,随后开启阀门12,排出传压介质5,排空后关闭排气阀14及阀门12。传压介质 更换管道13与阀门12及排气管道15与排气阀14选择要求须能够耐受高压。该例的该冲 击式阶跃压力信号11的幅值及上升沿时间由撞击块1发射速度调整和决定，撞击块1速度 越快，撞击块1能量就越大，碰撞压缩过程就越短，上升沿时间就越短，体积压缩量就越大， 压力幅值就越大。
[0020] 实施例二.冲击式阶跃压力产生方法 该例的冲击式阶跃压力产生方法由图1、图3、图4联合示出，该例的冲击式阶跃压力产 生方法与实施例一冲击式阶跃压力产生方法不同点有：1.发射机构选择电磁发射机构，如 电磁炮；2.撞击块1尺寸为长X直径=0.5米ΧΦ0. 75米，初速度为60米/秒；3.传压介 质5选择煤油液体。该例的冲击式阶跃压力产生方法其余未述的，全同于实施例一中所述 的，不再重述。
[0021] 实施例三·冲击式阶跃压力产生方法 该例的冲击式阶跃压力产生方法由图1、图3、图4联合示出，该例的冲击式阶跃压力 产生方法与实施例一、实施例二的冲击式阶跃压力产生方法不同点有：1.撞击块1尺寸为 长X直径=0. 5米X Φ0. 625米，初速度为40米/秒；2.传压介质5选择C02气体。该例 的冲击式阶跃压力产生方法其余未述的，全同于实施例一、实施例二中所述的，不再重述。
[0022] 第二部分关于冲击式阶跃压力产生装置的非限定实施例如下： 实施例一.冲击式阶跃压力产生装置 该例的冲击式阶跃压力产生装置可用图1、图3、图4联合示出，图1所示的是冲击式阶 跃压力产生装置结构示意图，图4则示出冲击式阶跃压力产生装置产生的较为理想的压力 信号。该例的冲击式阶跃压力产生装置包括有：发射机构、撞击块1、应力波滤波垫2、压力 腔盖3、压力腔4、锁定机构10、传压介质5、传压介质更换管道13、阀门12、排气管道15、排 气阀14。该例采用空气炮作为发射机构，撞击块1选用钢材料，形状为圆柱形，尺寸为长X 直径=0. 5米X Φ0. 5米，初速度为20米/秒，传压介质5选择甘油液体。该例的锁定机构 10是设置在压力腔4和压力腔盖3之间的锁定机构，该锁定机构10由图3示出，详细结构 是由齿条构成的锁定机构，在压力腔4和压力腔盖3四个侧面各设置一个齿条锁定机构10， 在撞击块1高速撞击压力腔盖3情况下，压力腔盖齿条301相对压力腔齿条401向压力腔 4内运动，在压力腔盖3压缩传压介质5过程中，传压介质5压力增大，使压力腔盖齿条301 能更加紧密地啮合压力腔齿条401，密封性能增强，在运动结束时压力腔盖齿条301被压力 腔齿条401锁定。该例的压力腔盖3面上设置有应力波滤波垫2,滤波垫2材料可选择橡 胶。该例的压力腔4上设置有传压介质更换管道13、阀门12、排气管道15、排气阀14,压力 腔盖3、压力腔4、传压介质更换管道13、阀门12、排气管道15、排气阀14选择35CrMnSiA钢 材料。阀门12两端分别连接传压介质更换管道13,传压介质更换管道13前端连接传压介 质源、后端连接压力腔4 ;排气阀14两端分别连接排气管道15,排气管道15 -端连接在压 力腔4上，另一端出口连接外界，传压介质更换管道13与阀门12、排气管道15与排气阀14 在传压介质5注入、排出压力腔4时配合使用。注入过程是：阀门12与排气阀14开启，传 压介质5通过传压介质更换管道13注入压力腔4,排气阀14用于排出此过程中压力腔4中 的空气，注满时关闭阀门12与排气阀14。排出过程是：开启排气阀14,随后开启阀门12， 排出传压介质5,排空后关闭排气阀14及阀门12。传压介质更换管道13与阀门12及排气 管道15与排气阀14选择要求须能够耐受高压。该例的该冲击式阶跃压力信号11的幅值 及上升沿时间由撞击块1发射速度调整和决定，撞击块1速度越快，撞击块1能量就越大， 碰撞压缩过程就越短，上升沿时间就越短，体积压缩量就越大，压力幅值就越大。
[0023] 实施例二·冲击式阶跃压力产生装置 该例的冲击式阶跃压力产生装置可用图1、图3、图4联合示出，该例的冲击式阶跃压力 产生装置与实施例一冲击式阶跃压力产生装置不同点有：1.发射机构选择电磁发射机构， 如电磁炮；2.撞击块1尺寸为长X直径=0.5米ΧΦ0. 75米，初速度为60米/秒；3.传压 介质5选择煤油液体。该例的冲击式阶跃压力产生装置其余未述的，全同于实施例一中所 述的，不再重述。
[0024] 实施例三·冲击式阶跃压力产生装置 该例的冲击式阶跃压力产生装置可用图1、图3、图4联合示出，该例的冲击式阶跃压 力产生装置与实施例一、实施例二冲击式阶跃压力产生装置不同点有：1.撞击块1尺寸为 长X直径=0. 5米X Φ0. 625米，初速度为40米/秒；2.传压介质5选择C02气体。该例 的冲击式阶跃压力产生装置其余未述的，全同于实施例一、实施例二中所述的，不再重述。
[0025] 第三部分关于冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置的非限 定实施例如下： 实施例一.冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置 该例的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置可用图2?图4联 合示出，图2所示的是冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置结构示意 图，图4则示出冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置所需要的较为理 想的阶跃压力信号。该冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置包括有： 发射机构、撞击块1、应力波滤波垫2、压力腔盖3、压力腔4、锁定机构10、传压介质5、传压 介质更换管道13、阀门12、排气管道15、排气阀14、被校准压力传感器7、标准压力传感器 6、信号线缆8、数据采集记录机构9。该例采用空气炮作为发射机构，撞击块1选用钢材料， 形状为圆柱形，尺寸为长X直径=〇. 5米X Φ0. 5米，初速度为20米/秒，传压介质5选择 甘油液体。该例的锁定机构10是设置在压力腔4和压力腔盖3之间的锁定机构，该锁定机 构10由图3示出，详细结构是由齿条构成的锁定机构，在压力腔4和压力腔盖3四个侧面 各设置一个齿条锁定机构10,在撞击块1高速撞击压力腔盖3情况下，压力腔盖齿条301相 对压力腔齿条401向压力腔4内运动，在压力腔盖3压缩传压介质5过程中，传压介质5压 力增大，使压力腔盖齿条301能更加紧密地啮合压力腔齿条401，密封性能增强，在运动结 束时压力腔盖齿条301被压力腔齿条401锁定。该例的冲击式阶跃压力信号11的幅值及 上升沿时间由撞击块1发射速度调整和决定，撞击块1速度越快，撞击块1能量就越大，碰 撞压缩过程就越短，上升沿时间就越短，体积压缩量就越大，压力幅值就越大。该例的压力 腔盖3面上设置有应力波滤波垫2,滤波垫2材料可选择橡胶。该例的压力腔4上设置有传 压介质更换管道13、阀门12、排气管道15、排气阀14,压力腔盖3、压力腔4、传压介质更换 管道13、阀门12、排气管道15、排气阀14选择35CrMnSiA钢材料。阀门12两端分别连接传 压介质更换管道13,传压介质更换管道13前端连接传压介质源、后端连接压力腔4 ;排气阀 14两端分别连接排气管道15,排气管道15 -端连接在压力腔4上，另一端出口连接外界， 传压介质更换管道13与阀门12、排气管道15与排气阀14在传压介质5注入、排出压力腔 4时配合使用。注入过程是：阀门12与排气阀14开启，传压介质5通过传压介质更换管道 13注入压力腔4,排气阀14用于排出此过程中压力腔4中的空气，注满时关闭阀门12与排 气阀14。排出过程是：开启排气阀14,随后开启阀门12,排出传压介质5,排空后关闭排气 阀14及阀门12。传压介质更换管道13与阀门12及排气管道15与排气阀14选择要求须 能够耐受高压。该例的冲击式阶跃压力产生方法是利用发射机构发射撞击块1，使撞击块1 高速运动撞击压力腔盖3,压力腔盖3向压力腔4内运动进而压缩压力腔4中的传压介质 5,传压介质5体积减小、压强增大，产生一压力信号上升沿；压力腔盖3向压力腔4内运动 一段距离后由锁定机构10锁定，保证压力信号稳定持续一段时间，这样一次完整的冲击过 程形成一个阶跃压力信号11，该阶跃压力信号11由压力腔4信号输出端输出。根据公知 公用的压力传感器动态校准方法和规定程序进行该例的压力传感器的动态校准：被校准压 力传感器7与标准压力传感器6安装在压力腔4的器壁上，两者的敏感面与传压介质5接 触，可以感受到传压介质5在压缩过程中对其产生的压力信号，被校准压力传感器7与标准 压力传感器6选择压电式压力传感器，用信号线缆8分别连接标准压力传感器6、被校准压 力传感器7信号输出端至数据采集机构9,被校准压力传感器7与标准压力传感器6二者 输出信号经过电荷校准仪转换后通过信号线缆8连接到数据采集卡进行采集记录，以标准 压力传感器6输出的压力信号作为输入信号，以被校准压力传感器7的输出的压力信号作 为输出信号，对输入信号与输出信号分别做快速傅里叶变换，将输出信号的快速傅里叶变 换结果与输入信号的快速傅里叶变换结果求比值，得到被校准压力传感器7的动态传递函 数，得到其动态校准结果。动态校准结果可以在数据采集记录机构9所包括的计算机上显 示、分析、记录。
[0026] 实施例二.压力传感器动态校准装置 该例的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置可用图2?图4联合 示出。该例的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置与实施例一冲击式 阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置不同点有：1.发射机构选择电磁发射 机构，如电磁炮；2.撞击块1尺寸为长X直径=0.5米ΧΦ0. 75米，初速度为60米/秒； 3.传压介质5选择煤油液体；4.被校准压力传感器7与标准压力传感器6选择压阻式压力 传感器，由信号线缆8直接连接被校准压力传感器7、标准压力传感器6的输出端至数据采 集卡进行输出信号采集记录。该例的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准 装置其余未述的，全同于实施例一中所述的，不再重述。
[〇〇27] 实施例三·压力传感器动态校准装置 该例的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置可用图2?图4联合 示出，该例的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置与实施例一、实施 例二冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置不同点有：1.撞击块1尺寸 为长X直径=〇. 5米X Φ0. 625米，初速度为40米/秒；2.传压介质5选择C02气体。该 例的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置其余未述的，全同于实施例 一、实施例二中所述的，不再重述。
【权利要求】
1. 一种冲击式阶跃压力产生方法，特征在于：所述的冲击式阶跃压力产生方法是利用 发射机构发射撞击块，使撞击块商速运动撞击压力腔盖，压力腔盖向压力腔内运动进而压 缩压力腔中的传压介质，传压介质体积减小、压强增大，产生一压力信号上升沿；压力腔盖 向压力腔内运动一段距离后由锁定机构锁定，保证压力信号稳定持续一段时间，这样一次 完整的冲击过程形成一个阶跃压力信号，该阶跃压力信号由压力腔信号输出端输出。
2. 根据权利要求1所述的冲击式阶跃压力产生方法，特征在于： a. 所述的发射机构选择空气炮、或电磁发射机构； b. 所述的撞击块选择用钢材料；撞击块的形状选择圆柱形，尺寸选择：长X直径为： 0. 5米X Φ0. 5米?0. 5米X Φ0. 75米；撞击块初速度选择20米/秒?60米/秒； c. 所述的锁定机构是设置在压力腔和压力腔盖之间的锁定机构，该锁定机构的详细结 构是齿条构成的锁定机构，压力腔盖齿条相对压力腔齿条向压力腔内运动，在运动结束时 压力腔盖齿条被压力腔齿条锁定； d. 所述的传压介质选择甘油、或煤油、或C02气体； e. 所述的压力腔盖面上设置有应力波滤波垫，以消除撞击时应力波对压力信号产生的 干扰； f. 所述的压力腔上设置有传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀，阀门两端分别 连接传压介质更换管道，传压介质更换管道前端连接传压介质源、后端连接压力腔；排气阀 两端分别连接排气管道，排气管道一端连接在压力腔上，另一端出口连接外界。
3. 根据权利要求2所述的冲击式阶跃压力产生方法，特征在于：所述的该冲击式阶跃 压力信号的幅值及上升沿时间由撞击块发射速度调整和决定。
4. 根据权利要求1所述的冲击式阶跃压力产生方法采用的冲击式阶跃压力产生装置， 特征在于：所述的该装置包括有：发射机构、撞击块、应力波滤波垫、压力腔盖、压力腔、锁 定机构、传压介质、传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀。
5. 根据权利要求4所述的冲击式阶跃压力产生装置，特征在于： a. 所述的发射机构选择空气炮、或电磁发射机构； b. 所述的撞击块选择用钢材料；撞击块的形状选择圆柱形，尺寸选择：长X直径为： 0. 5米X Φ0. 5米?0. 5米X Φ0. 75米；撞击块初速度选择20米/秒?60米/秒； c. 所述的锁定机构是设置在压力腔和压力腔盖之间的锁定机构，该锁定机构的详细结 构是齿条构成的锁定机构，压力腔盖齿条相对压力腔齿条向压力腔内运动，在运动结束时 压力腔盖齿条被压力腔齿条锁定； d. 所述的传压介质选择甘油、或煤油、或C02气体； e. 所述的压力腔盖面上设置有应力波滤波垫，以消除撞击时应力波对压力信号产生的 干扰； f. 所述的压力腔上设置有传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀，阀门两端分别 连接传压介质更换管道，传压介质更换管道前端连接传压介质源、后端连接压力腔；排气阀 两端分别连接排气管道，排气管道一端连接在压力腔上，另一端出口连接外界； g. 所述的冲击式阶跃压力信号的幅值及上升沿时间由撞击块发射速度调整和决定。
6. 根据权利要求1所述的冲击式阶跃压力产生方法形成的压力传感器动态校准装置， 特征在于：所述的该装置包括有：发射机构、撞击块、应力波滤波垫、压力腔盖、压力腔、锁 定机构、传压介质、传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀、冲击式阶跃压力信号、被校 准压力传感器、标准压力传感器、信号线缆、数据采集记录机构。
7.根据权利要求6所述的压力传感器动态校准装置，特征在于： a. 所述的发射机构选择空气炮、或电磁发射机构； b. 所述的撞击块选择用钢材料；撞击块的形状选择圆柱形，尺寸选择：长X直径为： 0. 5米X Φ0. 5米?0. 5米X Φ0. 75米；撞击块初速度选择20米/秒?60米/秒； c. 所述的锁定机构是设置在压力腔和压力腔盖之间的锁定机构，该锁定机构的详细结 构是齿条构成的锁定机构，压力腔盖齿条相对压力腔齿条向压力腔内运动，在运动结束时 压力腔盖齿条被压力腔齿条锁定； d. 所述的传压介质选择甘油、或煤油、或C02气体； e. 所述的压力腔盖面上设置有应力波滤波垫，以消除撞击时应力波对压力信号产生的 干扰； f. 所述的压力腔上设置有传压介质更换管道、阀门、排气管道、排气阀，阀门两端分别 连接传压介质更换管道，传压介质更换管道前端连接传压介质源、后端连接压力腔；排气阀 两端分别连接排气管道，排气管道一端连接在压力腔上，另一端出口连接外界； g. 所述的数据采集记录机构选择由计算机与数据采集卡、电荷校准仪，以及操作系统 与数据处理软件配套组合结构； h. 所述的标准压力传感器选择压电式压力传感器或压阻式压力传感器；所述的被校 准压力传感器是压电式压力传感器或压阻式压力传感器； i. 所述的冲击式阶跃压力信号的幅值及上升沿时间由撞击块发射速度调整和决定。
【文档编号】G01L27/00GK104062069SQ201410272850
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】丰雷, 马铁华, 尤文斌, 丁永红, 王燕, 梁志剑, 张艳兵 申请人:中北大学
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