本发明涉及一种气体阶跃压力信号发生器，特别涉及一种压力快速变化的正、负阶跃压力激励源，属于试验技术领域。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，需要进行动态测试的领域不断增加，目前阶跃类压力发生器是应用最广的压力发生器之一，阶跃类压力发生器在实验中可使传感器激振起来，从而得到传感器的频响特性。激波管装置是目前比较常见使用的阶跃类动态压力发生器，但激波管除了造价昂贵之外还存在的一个不足之处，由于激波管平台时间短，因此无法获得传感器低频段的频响特性。对于绝大多数动压测量来说，信号的低频分量占信号能量的绝大部分。因此，得不到传感器的低频特性是一个严重的缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种气体阶跃压力信号发生器，该发生器能够提供快速变化的正、负阶跃压力激励源，产生中低压以及负压大幅值阶跃压力变化。本发明与激波管相比，阶跃压力平台时间更长，可以更好的检定传感器的低频特性；并且本发明采用的压力介质为气体，有效的避免了液体介质泄露、长时间变质以及需要单独提供液压源等不方便之处。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种气体阶跃压力信号发生器，包括：小腔、大腔、第一弹簧、支撑杆、隔压板、第二弹簧、不完全齿轮、质量块、冲击板、大腔压力进出口、小腔压力进出口；
连接关系：发生器为凸字形结构，上部为小腔，下部为大腔；发生器正中心位置安装有支撑杆；位于大腔中的部分支撑杆上安装有套筒，套筒上端与隔压板固定连接，套筒穿过质量块后下端与冲击板固定连接；所述冲击板与大腔下表面保持距离；所述隔压板表面积大于小腔与大腔连接处的面积，以便将小腔与大腔分隔开；第一弹簧与小腔顶端固定连接，绕支撑杆后与隔压板固定连接；第二弹簧绕在套筒上，第二弹簧的一端与隔压板固定连接，另一端与质量块固定连接；质量块一侧设置有齿条，并通过该齿条与不完全齿轮啮合；小腔上设置有小腔压力进出口；大腔上设置有大腔压力进出口；
进行正阶跃压力试验时，首先把发生器中的气体排空，然后在大腔中充入设定好压力的气体，关闭大腔压力进出口，确保装置处于密闭环境之后，通过顺时针旋转不完全齿轮，带动质量块向上移动，对第二弹簧进行挤压，当不完全齿轮旋转至没有齿的方向，第二弹簧对质量块产生强大的反作用力，使质量块快速撞击到冲击板上，由于冲击板与隔压板之间是刚性连接，故在撞击的一瞬间，冲击板与隔压板同时向下移动，大腔内的气体迅速进入小腔中，产生一个快速变化的正阶跃压力。
进行负阶跃压力试验时，首先把发生器中的气体排空，然后在小腔中充入设定好压力的气体，关闭小腔压力进出口；当需要做负压负阶跃试验时，将大腔中的压力抽至负压；当需要做常压负阶跃试验时，将大腔中的压力排空；确保装置处于密闭环境之后，通过顺时针旋转不完全齿轮，带动质量块向上移动，对第二弹簧进行挤压，当不完全齿轮旋转至没有齿的方向，第二弹簧对质量块产生强大的反作用力，使质量块快速撞击到冲击板上，由于冲击板与隔压板之间是刚性连接，故在撞击的一瞬间，冲击板与隔压板同时向下移动，小腔内的压力迅速进入大腔中，产生一个快速变化的负阶跃压力。
有益效果
1、本装置产生一个快速的正、负阶跃压力，压力幅值大小可调，装置平台时间比激波管装置的平台时间大几个数量级，只要装置不漏气，理论上平台时间可以达到无限长；并且操作方便简单，无污染，不损毁传感器，具有非常高的耐用性和可靠性，非常适合于中低压以及负压动态压力的校准与模拟试验。
2、本装置的介质采用的压缩空气，储存、运输方便，做完试验后的空气可直接排入大气之中，对环境无污染，处理方便；采用空气也不用担心长时间使用介质变质、对管路的腐蚀性以及补充更换等问题；并且气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易阻塞。
3、本装置结构小巧，操作简单，不需要安装地基等基建辅助设施，实验操作人员可以随意移动装置，改变装置的使用地点与环境，可以实现在实验室中的校准检定，也可以带到野外进行现场测试，解决了一些难以拆卸或只能进行现场校准的器具无法带到实验室校准的问题。
附图说明
图1是本发明装置原理示意图。
其中，1—小腔、2—大腔、3—第一弹簧、4—支撑杆、5—隔压板、6—第二弹簧、7—不完全齿轮、8—质量块、9—冲击板、10—大腔压力进出口、11—小腔压力进出口。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种气体阶跃压力信号发生器，如图1所示，包括：小腔1、大腔2、第一弹簧3、支撑杆4、隔压板5、第二弹簧6、不完全齿轮7、质量块8、冲击板9、大腔压力进出口10、小腔压力进出口11；
连接关系：发生器为凸字形结构，上部为小腔1，下部为大腔2；发生器正中心位置安装有支撑杆4；位于大腔2中的部分支撑杆4上安装有套筒，套筒上端与隔压板5固定连接，套筒穿过质量块8后下端与冲击板9固定连接；所述冲击板9与大腔2下表面保持距离；所述隔压板5表面积大于小腔1与大腔2连接处的面积，以便将小腔1与大腔2分隔开；第一弹簧3与小腔1顶端固定连接，绕支撑杆4后与隔压板5固定连接；第二弹簧6绕在套筒上，第二弹簧6的一端与隔压板5固定连接，另一端与质量块8固定连接；质量块8一侧设置有齿条，并通过该齿条与不完全齿轮7啮合；小腔1上设置有小腔压力进出口11；大腔2上设置有大腔压力进出口10；小腔1上安装有量程为2MPa的压力传感器。
进行正阶跃压力试验时，首先打开大、小腔中的放气阀，把发生器中的气体排空，然后在大腔2中充入设1MPa压力的气体，关闭大腔压力进出口10，确保装置处于密闭环境之后，通过顺时针旋转不完全齿轮7，带动质量块8向上移动，对第二弹簧6进行挤压，当不完全齿轮7旋转至没有齿的方向，第二弹簧6对质量块8产生强大的反作用力，使质量块8快速撞击到冲击板9上，由于冲击板9与隔压板5之间是刚性连接，故在撞击的一瞬间，冲击板9与隔压板5同时向下移动，大腔2内的气体迅速进入小腔1中，产生一个快速变化的1MPa正阶跃压力。通过压力传感器的输出可以分析得到压力传感器的上升时间、过冲量、建立时间和谐振频率等特征指标。
进行负阶跃压力试验时，首先把发生器中的气体排空，然后在小腔1中充入设定好的1MPa压力的气体，关闭小腔压力进出口11；当需要做负压负阶跃试验时，将大腔2中的压力抽至负压；当需要做常压负阶跃试验时，将大腔2中的压力排空；确保装置处于密闭环境之后，通过顺时针旋转不完全齿轮7，带动质量块8向上移动，对第二弹簧6进行挤压，当不完全齿轮7旋转至没有齿的方向，第二弹簧6对质量块8产生强大的反作用力，使质量块8快速撞击到冲击板9上，由于冲击板9与隔压板5之间是刚性连接，故在撞击的一瞬间，冲击板9与隔压板5同时向下移动，小腔1内的压力迅速进入大腔2中，产生一个快速变化的1MPa负阶跃压力。通过压力传感器的输出可以分析得到压力传感器的上升时间、过冲量、建立时间和谐振频率等特征指标。
在进行试验时，初始设定的压力可根据大小腔的供给气源进行调节。
本发明的阶跃压力激励源所涉及的机械结构都具有非常长的使用寿命以及长时间连续使用能力，并且使用气体介质，对传感器以及使用环境都不会造成损坏与污染。