基于MEMS的高g值加速度计及在炮弹侵彻双层钢靶试验中的应用

为获取穿甲弹侵彻双层钢靶板过程的高g值冲击过载数据,研制了具有四端全固支的梁岛结构压阻式MEMS的高g值传感加速度计。该加速度计梁根部和端部采用倒角结构,增强了器件强度;采用改进型环氧树脂与不锈钢壳体相结合的强化封装方法,提高了加速度计的抗过载能力;该加速度计与具有特种缓冲结构的高过载电子存储记录器组成了一体化的高过载测试装置。在穿甲弹侵彻双层钢靶的试验中获取了最高峰值达43万g的完整侵彻过程数据,对数据进行截止频率为10kHz低通滤波后得到侵彻第一层钢靶的峰值过载为-83281g,侵彻第二层钢靶的峰值为-115185g。试验结果表明该加速度计是一种理想的高过载测试装置,能为相关工程设计及实践提供重要依据。     

过载振动复合条件下的加速度计不对称性误差

为研究过载-振动复合条件下加速度计不对称性引入误差的影响,建立了包含加速度计模型不对称性的振动整流误差数学模型,并给定相关参数进行仿真分析。分析结果表明,当过载大于等于振动加速度幅值时,可忽略加速度计不对称性引起的振动整流误差;在给定的仿真情况下,当过载小于振动加速度幅值时,加速度计不对称性引起的振动整流误差小于全部振动整流误差的1%。     

ANSYS在液浮摆式加速度计复合环境动态特性分析中的应用

采用有限单元法对液浮摆式加速度计在过载-振动复合环境中的动力学特性进行研究,应用ANSYS软件对浮子摆组件进行模态和谐态分析计算,得到了复合载荷下检测质量的动态偏移数据,从而为建立加速度计的动态误差模型提供依据。     

基于冲击激励的加速度计动态特性的校准与补偿

采用一种基于钢球对碰撞的窄脉冲冲击激励装置,结合外差式激光干涉仪对加速度计进行了绝对法冲击校准,分析了该装置所产生波形的特点。利用加速度计的输入输出信号,采用相关二步法对表征加速度计动态特性的数学模型参数进行了辨识,与绝对法振动校准结果的比较说明了加速度计模型以及动态校准的可靠性。最后基于动态校准得到的加速度计模型,设计了数字补偿滤波器,通过对加速度计动态特性的补偿,提高了加速度计的带宽,减小了动态误差。     

高g值微加速度计在冲击环境下的可靠性

详细分析了高g微加速度计在冲击环境下的失效模式和失效机理,对0～150 000g 4端全固支的压阻式梁-岛结构微加速度计进行霍普金森杆(Hopkinson bar)激光干涉冲击试验.由试验结果可知,该结构的微加速度计抗冲击过载能力达100 000 g以上,微加速度计的失效模式表现为梁的裂纹和断裂.微加速度计在冲击环境下的可靠性采用应力-强度干涉模型进行评估.     

抗高过载加速度计微结构的设计与分析

介绍一种抗高过载加速度计的结构,对其惯性结构、过载保护结构及气体阻尼结构进行了详细分析,其中惯性结构采用有较好过振保护的双端固支梁,其截面设计成一种具有应力集中特点的凹形截面.用有限元分析对微结构进行模拟计算,并通过试验验证.验证结果表明,该加速度计在经过20000gn冲击后,在±50gn的量程内非线性达到1%,灵敏度达到1mV/g.     

加速度计动态校准装置的研究

加速度计动态校准装置的研究是在加速度计静态校准的基础上提出的.针对加速度计动态校准领域中在大加速度、低频范围内的校准,本文论述了加速度计动态校准发展现状,主要从校准装置的原理、组成和不确定度分析等几方面进行了研究,最后对该校准装置的下一步研究领域进行了展望.     

新型三轴压阻式硅微加速度计的研究

微惯性系统以及其他高精密场合往往需要高精度三轴加速度计来检测三个垂直方向加速度矢量。针对类似需求,介绍了一种四边八梁结构式三轴压阻式硅微加速度计,利用硅衬底上单一质量块和惠斯通半桥结构可同时实现三个轴向上的加速度高精度测量。另外设计了微加速度计在高过载环境下的硅一玻璃防护结构和体硅加工工艺,并通过ANSYS仿真和试验验证了加速度计结构的合理性,还对微加速度计相关性能进行了测试,测试结果表明,该微加速度计具有较高的测量精度和较好的线性度,满足设计要求。     

加速度计稳定性测试的补偿技术

介绍了加速度计稳定性的测量装置及方法。由于环境因素可以对稳定性测试产生影响,因此对加速度计的工作温度、基础水平倾角的影响进行了分析。通过研究加速度计温度误差模型,确定了建模方法。在稳定性试验中,使用高精度铂热电阻测量加速度计的工作温度,对加速度计的模型方程系数和输出进行温度补偿;使用地震前兆倾斜仪监测基础水平倾角变化,对加速度计零位输出进行补偿。     

Hopkinson压杆用于加速度计动态校准的实验研究

利用Hopkinson压杆,建立了一套加速度计冲击校准装置,对量程为100000m／s2的压电加速度计进行了动态校准实验,获取了不同幅值下加速度计的灵敏度系数,并进行了频响分析,获取了被校加速度计的工作频带。结果表明,设计的脉冲整形器符合校准加速度计的要求,Hopkinson压杆校准系统用于高量程加速度计的校准是基本可行的,校准不确定度在10％以内。     

基于双离心机的线加速度计动态校准

介绍基于双离心机的线加速度计动态校准方法,在分析双离心机原理的基础上,对各加速度分量进行合成,建立了基于双离心机的正弦加速度数学模型.阐述了线加速度计动态校准装置的组成和校准过程,分析了校准装置所产生的正弦加速度的幅值测量不确定度和相位测量不确定度.介绍了实验数据的处理方法三参数正弦波拟合算法,并在正弦加速度幅值为200 m/s.、角频率范围为0.1～10 Hz的条件下进行了实验验证,给出了相应的实验曲线图.线加速度计动态校准装置具有产生大g值正弦加速度的优点,正弦加速度幅值可达700 m/s2.     

高精度低冲击加速度校准装置研究

研究建立了基于ISO国际标准的碰撞式高精度低冲击加速度校准装置,在冲击加速度峰值20~10000 m/s2,冲击脉宽0.5~10 ms范围内实现产生半正弦波形的冲击加速度传感器的高精度校准。本文介绍了校准装置的构成和工作原理,通过与冲击加速度国家基准的比对,结果表明本装置可实现0.5%（k=2）的冲击加速度校准不确定度。本装置提升了我国冲击加速度校准装置的准确度,满足航空航天、交通运输、汽车工业等领域广泛存在的对冲击加速度计的高精度校准需求。     

数学摆台法的超低频加速度校准

建立了基于数学摆台法的超低频加速度校准装置,解决了线振动台超低频加速度信噪比低的问题,对相关校准具有参考价值和借鉴作用。根据低频噪声理论,在建立激光测振仪的功率谱密度模型基础上,提出了位移噪声的定量评价方法,通过实验验证了所提方法的正确性。对数学摆台的虚拟摆臂、激励传递系数进行了实验测量,对校准装置的测量不确定度进行了评定。该装置实现了加速度计在频率范围0.001～0.1Hz、加速度范围5×10^-7 ～1×10^-2m/s² 的绝对法校准。     

基于MAX1457的加速度硅微传感器的信号处理

测高g值的加速度硅微传感器采用单晶硅材料制成，直接输出信号小，存在严重的温度误差。采用MAX1457专用传感器信息处理器，它可以补偿传感器的温度误差和非线性误差。本文分析了MAX1457的工作原理，设计了获得补偿参数的系统，最后采用高速的CMOS逻辑或门对8个阵列传感器信号进行选择。     

基于窄脉冲冲击激励的压电加速度计动态校准

论述了目前加速度计校准的方法以及主要不足之处,并以压电加速度计为例,采用冲击激励法对其进行了动态校准,详细说明了校准所使用的装置和校准过程,采用单自由度的质量弹簧系统来描述加速度计的数学模型,利用系统辨识的方式得到了数学模型的参数,分析了加速度计动态校准的结果并且与绝对法振动校准进行了比较与分析。     

新型圆周摩擦活动导叶保护装置的研究

介绍了一种新型圆周摩擦保护装置,应用于水轮机导水机构中,对活动导叶起过载保护作用。该装置采用一种新型预紧结构（FROMO®预紧螺母）,通过与剪断销保护装置、端面摩擦保护装置的结构比较及试验数据的分析,表明其摩擦力矩的设定简单而且方便,一致性高,准确性好,并使机构具有良好的重复使用性能。     

A Method to Calibrate the Measured Responses by MEMS Accelerometers

Abstract: Micro‐electro‐mechanical system (MEMS) accelerometers have been receiving attention because of their low cost and small size. Accurate vibration measurements of both amplitude and phase at all frequencies in the measurement frequency range are important for the reliable vibration analysis. However, it has been observed that such accelerometers show some deviation. Hence, a simple calibration method in frequency domain has been used for correcting both amplitude and phase for the measured signals by the MEMS accelerometers. The paper presents the calibration procedure and results of this study applied on two MEMS accelerometers with different technical specifications.     

Characterization of optical accelerometers based on UV-sensitive polymers

The design, simulation, fabrication, and characterization of quad-beam polymer optical accelerometers is presented in this paper. An applied acceleration causes a misalignment between the waveguides that comprise the structure. Two different geometries with different beam widths have been tested. Both of them show high mechanical and optical sensitivity and negligible cross sensitivities. Self-alignment structures for fast and accurate fiber-optic positioning have also been implemented in the device. Stable, simple, and robust technology that only requires two technological steps is also presented. Static characterization shows experimental optical sensitivities of at least 15.8 and 6.2 dB/g for each optical accelerometer.