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一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统

阅读：567发布：2020-06-15

专利汇可以提供一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，直流电源连接压电堆执行器的电压输入端，包括实验容器，实验容器设有冷凝水套，压电堆执行器设置在实验硅油中；调整螺钉的底面通过弹簧座连接弹性件的顶端，压电堆执行器的顶部从下至上依次设置第一压板、位移片、第二压板和力传感器，力传感器的顶面通过弹簧座连接弹性件的底端；位移片的上方设有通过第二支架支撑的位移传感器；还包括单片机，单片机采集直流电源的电压信号值、电流信号值、位移传感器输出的位移值、力传感器输出的力信号值。本实用新型有效模拟了发动机压电式喷油器中压电堆执行器的实际工作环境，为压电堆执行器的产品性能评估和改进提供参考依据。，下面是一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，直流电源(16)连接压电堆执行器(17)的电压输入端，其特征在于：包括实验容器(19)，所述实验容器(19)设有冷凝水套(10)，所述冷凝水套(10)中间用于盛放实验硅油(5)，所述压电堆执行器(17)设置在所述实验硅油(5)中，所述冷凝水套(10)和所述实验容器(19)之间设有用于注入冷凝水的间隙(20)；还包括通过第一支架(9)设置的弹性件(2)，第一支架(9)上端设有与所述压电堆执行器(17)同轴的螺纹孔，调整螺钉(1)设置在所述螺纹孔内，所述调整螺钉(1)的底面通过弹簧座(3)连接弹性件(2)的顶端，所述压电堆执行器(17)的顶部从下至上依次设置第一压板(12)、位移片(13)、第二压板(11)和力传感器(4)，所述力传感器(4)的顶面通过弹簧座(3)连接弹性件(2)的底端；所述位移片(13)的上方设有通过第二支架(18)支撑的位移传感器(14)；还包括单片机(15)，所述单片机(15)采集所述直流电源(16)的电压信号值、电流信号值、位移传感器(14)输出的位移值、力传感器(4)输出的力信号值。
2.根据权利要求1所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：还包括加热装置，所述加热装置包括设置在所述冷凝水套(10)中间部位，可伸入所述实验硅油(5)中的加热丝(7)，所述加热丝(7)连接加热电源(8)。
3.根据权利要求2所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：所述单片机(15)的信号输出端连接所述加热电源(8)的控制端。
4.根据权利要求1所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：还包括通过第三支架设置的温度传感器(6)，所述温度传感器(6)设置在所述冷凝水套(10)中间部位，所述温度传感器(6)的下端可伸入所述实验硅油(5)；所述温度传感器(6)的温度信号值输出至所述单片机(15)的信号输入端。
5.根据权利要求1所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：所述单片机(15)为Adμc841单片机(15)。
6.根据权利要求1所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：所述位移片(13)为位移钢片。
7.根据权利要求1所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：所述第一压板(12)为氧化铝压板，所述第二压板(11)为聚四氟塑料压板。
8.根据权利要求1所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：所述弹性件(2)为预紧弹簧，所述调整螺钉(1)为细牙调整螺钉(1)，所述位移传感器(14)为电涡流式位移传感器(14)。
9.根据权利要求1所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：所述实验容器(19)、所述第一支架(9)和所述第二支架(18)为一体成形结构。
10.根据权利要求1所述的一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，其特征在于：所述实验容器(19)、所述第一支架(9)和所述第二支架(18)均为钢材料制成。

说明书全文

一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统

技术领域

[0001] 本实用新型属于船用发动机喷油器技术领域，具体涉及一种用于喷油器中压电堆执行器在热-电-力耦合场下的性能测试系统。

背景技术

[0002] 高压共轨燃油喷射技术是柴油机新一代燃油喷射技术，是目前降低柴油机油耗，减少柴油机排放最主要、应用最广泛的技术手段，已成为先进柴油机的标志性技术。随着排放法规的日益苛刻和人们对燃油经济性要求的日益提高，高压共轨喷射技术必须满足更高喷射压力和每循环更多次数喷射的新要求。

[0003] 基于压电材料逆压电效应的压电式喷射技术作为新兴的驱动控制技术，与电磁式喷油器相比，具有驱动力大、响应速度快、功耗低等优势，特别是其更快的动态响应，提高了喷射系统的稳定性和可靠性，更好地实现了灵活多变的高压力燃油喷射。为此，德国BOSCH、西门子VDO及日本DENSO等公司先后着力开发基于压电晶体驱动的压电喷油器，事实证明，压电喷油器是高压共轨喷射技术领域的一次技术飞跃，是实现电控燃油系统高压多次喷射的关键，已成为高压共轨燃油喷射技术新的发展方向和研究热点。迄今为止，我国还没有成型的压电喷油器产品，并且关于压电喷油器方面的研究也才刚刚起步，还需要在基础理论和应用技术两方面进行艰苦的探索。

[0004] 应用于柴油机电控喷油器的压电晶体叠堆在工作条件和性能要求上显著区别于其它应用领域。为获取大位移和高响应速度，并实现喷油脉宽和喷油频率随工况调节，压电晶体叠堆处于强变脉冲电场中；在强脉冲电场的激励下，由于压电晶体叠堆自生热现象和燃油传热作用，叠堆温度在工作中会发生较大变化；为适应不同的轨压，压电晶体叠堆的载荷也会发生相应的改变。因此，在实际工作中，压电喷油器中的压电晶体叠堆处于变载荷(600bar～2000bar)、变温(0℃～125℃)以及强变电场(＞1.5kV/mm)的热-电-力工作场中，而其精确稳定的高频动态输出特性是压电喷油器性能的重要保证，基于此，亟待对喷油器中压电堆执行器在热-电-力多工作场下的位移特性、响应特性和输出力进行精确测试。发明内容：

[0005] 为了克服上述背景技术的缺陷，本实用新型提供一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，能够有效地模拟压电堆执行器所处的热-电-力多工作场环境。

[0006] 为了解决上述技术问题本实用新型的所采用的技术方案为：

[0007] 一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，直流电源连接压电堆执行器的电压输入端，包括实验容器，实验容器设有冷凝水套，冷凝水套中间用于盛放实验硅油，压电堆执行器设置在实验硅油中，冷凝水套和实验容器之间设有用于注入冷凝水的间隙；还包括通过第一支架设置的弹性件，第一支架上端设有与压电堆执行器同轴的螺纹孔，调整螺钉设置在螺纹孔内，调整螺钉的底面通过弹簧座连接弹性件的顶端，压电堆执行器的顶部从下至上依次设置第一压板、位移片、第二压板和力传感器，力传感器的顶面通过弹簧座连接弹性件的底端；位移片的上方设有通过第二支架支撑的位移传感器；还包括单片机，单片机采集直流电源的电压信号值、电流信号值、位移传感器输出的位移值、力传感器输出的力信号值。

[0008] 较佳地，还包括加热装置，加热装置包括设置在冷凝水套中间部位，可伸入实验硅油中的加热丝，加热丝连接加热电源。

[0009] 较佳地，单片机的信号输出端连接所述加热电源的控制端。

[0010] 较佳地，还包括通过第三支架设置的温度传感器，温度传感器设置在冷凝水套中间部位，可伸入实验硅油；温度传感器的温度信号值输出端至单片机的信号输入端。

[0011] 较佳地，单片机为Adμc841单片机。

[0012] 较佳地，位移片为位移钢片。

[0013] 较佳地，第一压板为氧化铝压板，第二压板为聚四氟塑料压板。

[0014] 较佳地，弹性件为预紧弹簧，调整螺钉为细牙调整螺钉，位移传感器为电涡流式位移传感器。

[0015] 较佳地，实验容器、第一支架和第二支架为一体成形结构。

[0016] 较佳地，实验容器、第一支架和第二支架均为钢材料制成。

[0017] 本实用新型的有益效果在于：有效模拟了发动机压电式喷油器中压电堆执行器的实际工作环境，通过加热装置模拟工作温度，通过弹性件预紧弹簧加载力场，能够在执行器工作过程中实时采集输出位移、输出力、加载电压和电流信号，建立了完整的压电堆执行器多场耦合加载测试系统，为压电堆执行器的产品性能评估和改进提供参考依据。附图说明

[0018] 图1为本实用新型实施例的结构示意图。

[0019] 图中：1-调整螺钉，2-弹性件，3-弹簧座，4-力传感器，5-实验硅油，6-温度传感器，7-加热丝，8-加热电源，9-第一支架，10-冷凝水套，11-第二压板，12-第一压板，13-位移片，
14-位移传感器，15-单片机，16-直流电源，17-压电堆执行器，18-第二支架，19-实验容器，
20-间隙。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

[0021] 一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，直流电源16连接压电堆执行器17的电压输入端，包括实验容器19，实验容器19设有冷凝水套10，冷凝水套10中间用于盛放实验硅油5，压电堆执行器17设置在实验硅油5中，冷凝水套10和实验容器19之间设有用于注入冷凝水的间隙20；还包括通过第一支架9设置的弹性件2，第一支架9上端设有与压电堆执行器17同轴的螺纹孔，调整螺钉1设置在螺纹孔内，调整螺钉1的底面通过弹簧座3连接弹性件2的顶端，压电堆执行器17的顶部从下至上依次设置第一压板12、位移片13、第二压板11和力传感器4，力传感器4的顶面通过弹簧座3连接弹性件2的底端；位移片13的上方设有通过第二支架18支撑的位移传感器14；还包括单片机15，单片机15采集直流电源16的电压信号值、电流信号值、位移传感器14输出的位移值、力传感器4输出的力信号值。

[0022] 还包括加热装置，加热装置包括设置在冷凝水套10中间部位，可伸入实验硅油5中的加热丝7，加热丝7连接加热电源8。单片机15的信号输出端连接加热电源8的控制端。

[0023] 还包括通过第三支架设置的温度传感器6，温度传感器6设置在冷凝水套10中间部位，可伸入实验硅油5；温度传感器6的温度信号值输出端至单片机15的信号输入端。

[0024] 单片机15为Adμc841单片机15。

[0025] 位移片13为位移钢片。

[0026] 第一压板12为氧化铝压板，第二压板11为聚四氟塑料压板。

[0027] 弹性件2为预紧弹簧，调整螺钉1为细牙调整螺钉1，位移传感器14为电涡流式位移传感器14。

[0028] 实验容器19、第一支架9和第二支架18为一体成形结构，实验容器19、第一支架9和第二支架18均为钢材料制成。

[0029] 如图1所示，本实用新型为一种压电堆执行器多场耦合加载测试系统，包括力场加载、温度场加载、电场加载、位移信号检测和压电堆执行器17，能够有效地模拟压电堆执行器17所处的的热-电-力多工作场环境。

[0030] 力场加载子系统包括依次连接的细牙调整螺钉1、预紧弹簧、弹簧座3和力传感器4，温度场加载子系统包括实验硅油5、电热阻式温度传感器6、加热丝7、加热电源8、实验容器19和冷凝水套10。位移信号检测包括第二压板11也即聚四氟塑料压板、第一压板12也即氧化铝压板、位移钢片、电涡流式位移传感器14，和作为信号采集器的单片机15。

[0031] 本系统的关键在于为压电堆执行器17模拟所需要的热-电-力工作环境。力场加载子系统通过细牙调整螺钉1调整施加在执行器上的弹性件2也即预紧弹簧的压缩量，根据力传感器4采集的加载力信号调节细牙调整螺钉1的深入位置，实现最高为40000N的力场加载；加热电源8通过电热丝加热实验硅油5，然后再由实验硅油5传热至浸在其中的压电堆执行器17，电热阻式温度传感器6采集实验硅油5温度信号传送给单片机15，单片机15输出控制信号开启或关闭加热电源8，开始或停止通过加热丝7对实验硅油5进行加热的过程，实现10℃～160℃的压电堆执行器17工作温度调节，同时，实验容器也即硅油桶壁面安装有冷凝水套10，通过间隙20中循环的冷凝水流动带走热量实现实验硅油5的快速降温；直流电源16通过调节直流电源16电压改变驱动电压，通过调节内部限流电阻改变驱动电流，实现电场的加载；位移传感器14将位移钢片13与压电堆执行器17压紧而实现同步运动，电涡流式位移传感器14通过采集位移钢片的位移变化来实现执行器位移信号的采集。

[0032] 本实施里细牙调整螺钉1安装在弹簧座3上端与第一支架9的细牙螺纹孔配合，用以调整施加在压电堆执行器17上的弹性件2也即弹簧压缩量，根据力传感器4采集的加载力信号进一步调节细牙调整螺钉1的深入位置，实现预紧力的控制。

[0033] 力传感器4置于弹簧座3下端，将弹簧预紧力转换为电流信号传送给单片机15，力传感器4与压电堆执行器17之间安装了轻质的聚四氟塑料和氧化铝压板，两压板之间夹置硬性钢片，用以传递压电堆执行器17的工作位移量，电涡流式位移传感器14采集位移片13位移量传送给作为信号采集器的单片机15。

[0034] 压电堆执行器17浸泡在硅油中，用电热丝加热实验硅油5，然后再由实验硅油5传热至压电堆执行器17，电热阻式温度传感器6采集硅油温度信号传送给单片机15。

[0035] 实验容器19硅油桶的壁面安装有冷凝水套10，通过冷凝水套10和实验容器19之间的间隙20注入的冷凝水，循环的冷凝水流动带走热量实现硅油的快速降温。

[0036] 压电堆执行器17上端略高于实验硅油5的表面，以减少硅油对压电堆执行器17运动过程的阻尼作用。

[0037] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

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