一种可溯源液体正弦压力校准装置

摘要

本发明涉及一种基于光学测量方法的可溯源液体正弦压力校准装置，属于光学计量测试技术。本发明包括液体正弦压力发生器、液体动态压力激光干涉测量系统、隔振平台、静压加载系统和数据采集分析系统。本发明通过压电换能器与双谐振管腔配合提高了正弦压力源的频带宽度，并填补由于压力换能器反谐振造成的频率空缺；通过极高频带的激光干涉测量系统测量水的折射率变化以及原位静态标定实现了动态压力量值可靠溯源到静态压力，并通过光学窗口补偿腔消除由于光学窗口振动以及水与空气间折射率差所引起的系统误差，激光测量光学头与次谐振管腔固定连接并与主谐振管腔之间通过柔性连接，消除换能器工作带动管腔复杂运动引入的测量误差，提高了测量精度。

主权项

一种可溯源液体正弦压力校准装置，其特征在于：包括液体正弦压力发生器、液体动态压力激光干涉测量系统、隔振平台、静压加载系统和数据采集分析系统；其中，液体正弦压力发生器包括压电换能器、主谐振管腔、次谐振管腔、柔性连接件；压电换能器安装在主谐振腔的底部，是正弦压力产生的激励源；主谐振管腔与次谐振管腔通过柔性连接件连接相通；主谐振管腔用于在一系列等间距谐振点上产生水介质的谐振，其长度设计依据一阶谐振频率和四分之一波长公式；次谐振管腔用于增强局部频率段的压力脉动幅值，并同时用于动态压力校准压力室，其长度设计依据增强段中心频率与二分之一波长公式；次谐振管腔截面为圆形或方形，其面积不大于主谐振管腔截面积的五分之一；液体正弦压力发生器的功能是利用压电换能器激励变管径双谐振管腔中水介质来产生中高频正弦压力脉动；液体动态压力激光干涉测量系统包括激光干涉仪、光学窗口和补偿腔；光学窗口和补偿腔分别安装在液体正弦压力发生器的次谐振腔的腔壁上，液体动态压力激光干涉测量系统中激光光路通过次谐振管腔中水介质，通过测量水的折射率即光程变化来测量动态压力变化；激光光学窗口采用外加水补偿腔结构，补偿由于激光光学窗口振动以及水与空气间折射率差所引起的系统误差；液液体动态压力激光干涉测量系统安装在隔振平台上，隔振平台的功能是隔离液体正弦压力发生器本体振动对激光干涉测量系统影响；液体动态压力激光干涉测量系统的功能是通过测量水的折射率即光程变化来测量动态压力变化，并补偿由于激光光学窗口振动以及水与空气间折射率差所引起的系统误差；静压加载系统通过管路和阀门与液体正弦压力发生器连接；静压加载系统的功能是实现液体正弦压力发生器中平均压力的控制以及压力‑光程关系的静态标定，实现动态压力溯源到静态压力；数据采集分析系统的功能是采集与处理基于压力‑光程关系的静态标定与动态校准中激光干涉测量系统的输出信号与被校压力传感器的输出信号；激光干涉仪的激光光路依次通过光学窗口、次谐振管腔中水介质、光学窗口，然后由反射镜反射原路返回；当次谐振管腔中水介质压力p发生改变时，水的折射率Nw变化引起光程L变化，激光干涉仪测量光程变化来测量动态压力变化；次谐振管腔与激光干涉仪的光学头固定安装在隔振平台上；通过静压加载系统与激光干涉测量系统完成压力‑光程关系的原位静态标定，实现动态压力可溯源到静态压力；通过原位静态标定即获得激光干涉测量系统的压力光程灵敏度：光学窗口外附加补偿腔，补偿腔与次谐振管腔固定安装，内部同样为水介质，上部开孔通大气，补偿由于光学窗口振动以及水与空气间折射率差所引起的系统误差。