MEMS高g加速度传感器高过载能力的优化研究

设计的MEMS高g加速度传感器抗高过载能力差,将导致在冲击等恶劣环境中应用时结构易破坏。本文通过分析传感器结构对其抗过载能力的影响,及在高冲击测试中传感器结构损坏情况的统计,提出了一种新颖的优化高g加速度传感器抗高过载能力的方法。该方法是在结构最易断裂的梁根部和端部添加倒角,以分散在冲击作用下传感器结构这些部位受到的应力,进而提高加速度传感器的高过载能力,并从理论仿真分析了该方法的可行性。最后利用Hopkinson杆测试方法对优化前后的加速度传感器进行冲击测试,测试结果表明,加速度计的抗高过载能力从180,000 g提高到240,000g,说明该优化方法显著,明显提高了该类加速度传感器的抗高过载能力,设计的加速度传感器达到了较理想的抗高过载能力。     

高g值加速度传感器研究

本文在对压电薄膜材料进行分析以后,设计出了适用于终点弹道测试与控制的高g值压电薄膜式加速度传感器。压电薄膜式加速度传感器采用了压电薄膜的模向压电效应。此种传感器结构简单,体积小。更明显的特点是:频响高,抗横向冲击能力强。另外,此种结构的传感器可以做成一个系列。传感器的量程可以从几百个g到十几万个g。     

基于SPH-FEM耦合法的射流冲击型动量定律实验装置误差特性分析

射流冲击型动量定律实验装置是流体力学动量定律验证实验中广泛使用的一种设备。圆形平板和传感器是动量定律实验装置的核心结构。采用SPH-FEM耦合算法对射流冲击载荷作用下,平板-传感器结构的位移响应特性及传感器的应力特性进行了计算和分析;在此基础上,引入位移响应比和应变片横向效应理论,对实验装置测量误差的产生原因及误差范围进行了探讨分析;结合物理实验,对误差分析理论及方法进行了验证,并绘制了传感器结构随时间的变形图。结果表明,圆形平板和传感器在非射流冲击方向上的不规则振动能会导致测量误差,依据横向效应理论和位移响应比构建的测量误差预测方法可行、有效,不规则振动引发测量误差的大小与位移响应比呈线性关系。     

高速摄影技术在跌落加速度测试中的应用研究

以垂直冲击试验机为测试平台,对采用高速摄影机测试跌落冲击加速度的方法进行了初步研究;通过将分析结果与加速度传感器测试值进行对比,分析了高速摄影机测试精度及其影响因素。     

抗高过载防护结构的设计与性能测试

目的弹载记录仪在回收过程中,存在记录仪因硬着陆产生的高冲击力和高过载加速度使仪器损毁而致有效数据失效的现象。针对该问题设计新型双层壳体两级缓冲隔离的电路防护结构,并进行性能测试。方法结合Ansys/Workbench有限元数值模拟软件仿真分析该结构在冲击过程中的形变和受冲击过载特性,同时使用马歇特锤对使用该防护结构的记录仪模拟高冲击、高过载环境实验,由记录仪存储双层防护壳体内外嵌入的加速度传感器信号,并对多次试验信号数据进行处理和分析。结果在过载加速度小于25 000g时,该多层防护结构具有良好的缓冲效果,对记录仪保护效果良好;各层材料的声阻抗差别会影响整体保护效果,差别越大效果越好。结论该防护结构在高过载冲击环境下能有效衰减冲击效应,保护电子设备的安全。     

传感器固有频率和阻尼对冲击加速度检测的影响

研究了硅微机械高g(g为重力加速度)加速度传感器的固有频率和阻尼特性对冲击响应的影响。传感器固有频率低,阻尼小时,冲击加速度的响应波形包含传感器共振波,造成测量干扰。采用有适当阻尼,固有频率高的双质量块结构高g加速度传感器,进行接近2万g加速度峰值的一系列落杆冲击实验,都未见共振响应。同样的传感器制作成欠阻尼,进行实验时,发现共振干扰。该实验所用的传感器芯片面积小,固有频率高,调整该结构的弹性梁厚度,可制作量程为2×103g～2×105g的加速度传感器。     

工艺特性对二维微加速度传感器性能的影响

工艺特性在很大程度上决定了MEMS器件最终的功能特性.本文针对自主设计的二维微加速度传感器,在概念设计阶段定量分析了工艺特性对传感器性能的影响,主要包括质量偏心、梁加工误差、结构对称性、非平行效应等.结果表明:质量偏心会引起角位移变化,但对主轴刚度无影响,传感器不会有输出;在现有工艺条件下,可忽略梁厚误差的影响,但需严格控制梁宽误差;各种不对称方案对传感器主轴刚度和横向灵敏度的影响程度不同,不对称方案对横向灵敏度的影响随着不对称性的加剧而增大;非平行效应使得在相同外载荷作用下敏感轴向位移减小,但静态灵敏度却有所增加.     

加速度传感器电激励等价性测试方法的研究

研究了采用电信号激励代替机械激励测试伺服加速度传感器动态特性的方法。理论上分析了电激励测试与机械激励测试结果的等价性及原理性误差。针对恒压源型的加速度计提出了一种新的等价性测试方法。实验结果进一步证实了理论分析及实验方法的正确性。     

冲击传感器不同安装方式的校准结果影响分析

通过多次冲击传感器校准实验发现:冲击传感器在冲击加速度比较校准装置上安装方式不同,传感器的校准结果会有较大差异,严重时会导致冲击传感器灵敏度幅值线性度变差。本文系统分析了冲击传感器不同安装方式对测试结果产生的影响及产生影响的原因,并根据分析结果提出了相应的解决措施,对规范和完善冲击传感器的校准过程有比较重要的意义。     

低量程高线性压阻式微机械加速度传感器

介绍了一种低量程高线性压阻式微机械加速度传感器的设计、工艺制作和封装 ,还较详细地介绍了静态和动态特性的测量和结果。为提高灵敏度,传感器采用悬臂梁结构。本文对结构的固有横向效应进行了计算,结果表明此种结构的三种横向效应主要是由于质量块（岛）质心偏离梁中平面,沿梁伸展方向（ x向）惯性力分量产生的弯矩所致。提出了调整上下盖板与中间质量块之间的气隙改善器件频响特性的方法。报道的压阻式微机械加速度传感器量程± 1g(g为重力加速度 ), 线性度优于 0.05％,灵敏度约 1mV/gV,阻尼比 0.7,带宽 110Hz。     

低弹性模量材料测试的电测法

电测法测试低弹性模量材料时表现出较明显的加强效应问题 ,这是由于被测试件和电阻应变片二者的弹性模量相差较大所致 ,实验证明 ,当试件材料的弹性模量很低时 ,测试误差较大 ,所受影响的因素较多 ,应进行慎重的修正。     

分度头检测加速度计时横向效应对线性度的影响

对分度头检测加速度计静态特性相关的几何物理问题进行了分析,结果表明,传感器在分度头上的安装偏差角和传感器自身固有的横向效应都会影响检测精度。用分度头对加速度计进行静态特性的检测,横向效应包含在测量结果的非线性中。用非线性和横向效应都很小的加速度传感器作为试样,在分度头上人为安装有00、50和150的偏角时,检测到的非线性随偏角的增加而变大,与理论分析一致。利用高分辨分度头寻找能降低悬臂梁压阻式加速度传感器横向效应的基准面,以此基准面封装成的传感器的横向效应和非线性的综合效果小于0.05%。     

ZJM—A智能化准基横模吻合度测试仪的研制

用于治疗的激光源，激光模式是其重要的技术指标，其模式应为准基横模。本文介绍用于测试准基横模吻合度的ＺＪＭ－Ａ智能化测试仪的原理、结构实验及误差分析。由结果证明，在不考虑光源不稳定引起的误差时。其不确定度为１％。     

集装箱用电容式加速度传感器的热变形分析

热变形是导致加速度传感器输出特性随温度变化的主要原因。在分析电容式加速度传感器工作原理的基础上,采用有限元方法对加速度传感器的热变形进行了仿真分析。仿真结果表明:当传感器结构完全对称时,差分方式将结构的热变形相互抵消,传感器的输出不会发生变化;加工误差导致的结构不对称使变热形向刚度较小的一侧发展,从而使传感器的输出产生漂移。温漂试验表明,当环境温度升高40℃时,传感器的输出下降了76 mV。加工中应严格控制工艺流程,确保传感器结构对称,减小热变形。     

渡槽桩-土-槽墩相互作用模型模态实验研究

通过采用自制的传感器布设装置,把加速度传感器放入钢管桩内,采用子结构技术把结构分为两个子结构,对打入实际土层的钢管桩进行了横向位移模态的测试,同时,对槽墩也进行了模态测试实验。实验结果表明槽墩与桩有着相同的自振频率,并且组合形成了桩-槽墩系统振动模态。采用大型通用有限元软件ABAQUS进行了桩-槽墩系统的自振特性分析,有限元计算中对桩-土相互作用采用了简化模拟的方法,计算结果与试验结果基本吻合;并同刚性地基模型进行比较,其结果显示,在渡槽的设计中不能忽略桩-土相互的作用。     

印刷机飞达动态特性实验研究

针对高速飞达工作时因动态特性差造成的输纸不稳问题,研制了飞达动态特性实验平台,并进行了实验研究。 利用实验平台对飞达凸轮分配轴进行了扭矩动态测试和振动测试,用 4 个压电加速度传感器分别测试了飞达机架、分纸吸嘴、递纸吸嘴、压脚的加速度。 研究表明:印刷机飞达主轴扭矩呈现周期性波动,且随着速度增加扭矩变化幅值增加;当速度由 10 000 张 / h 增加到 15 000 张 / h 时,加速度峰值增加 3 倍,飞达振动加剧;应优化凸轮曲线及封闭弹簧布局,降低飞达主轴扭矩波动,提高输纸稳定性。     

基于抽点存储的空布水雷入水冲击测试技术研究

空布水雷利用击水冲击执行某些装置的可靠动作,空布全过程的加速度变化规律对系统设计是重要的参考依据.空布水雷在投放、开伞、下降、击水冲击等过程中会产生缓变和冲击加速度信号,恒定频率采集时将导致存储空间溢出,受体积和功耗限制,传统的数据压缩方法在微型存储测试系统上无法实现.论文针对上述问题提出了一种可以在CPLD上实现的变间隔抽点存储算法,它通过分析高速采样后的数据变化来动态调整数据存储时间间隔,在低存储容量下实现了缓变和冲击信号的完整采集.利用此算法设计的空布水雷加速度测试仪,经模拟、空投等试验,可靠、准确获取了水雷在空布过程的加速度变化规律,该算法也可以应用于其它动态参数测试系统中.     

基于趋势项误差控制的频域积分算法研究与应用

针对工程测试中利用振动加速度积分获得位移时出现严重趋势项误差问题,采用低频衰减算法对加速度信号在频率内直接积分,并利用积分精度控制方程保证积分精度。通过与积分算法比较及验证,证明该算法对积分误差控制具有一定优势。搭建含限位冲击的振动测试实验台,研究该算法在工程测试中应用特性。实验研究表明,该算法可有效控制趋势项误差,且随待积分加速度基频提高积分所得位移信号与真实位移信号吻合度提升。基于所用测试系统,加速度信号基频超过3.8 Hz时积分幅值误差小于10%,满足工程测试需要;加速度基频大于4.35 Hz时积分峰值误差小于5%,可获得较好测试效果。     

电学法热阻测试切换误差评估方法研究

半导体器件电学法热阻测试过程中，电流切换带来的误差是影响测试准确性的重要原因，且该误差目前尚无有效方法评估。在对误差原理分析基础上，设计了“双芯片”测试回路结构避免电流切换，得到不含切换误差的结温参考量值，实现了对仪器测试结果的有效评估。结果显示，该方法能够对热阻测试仪切换过程误差进行定量评估，在热阻测试仪计量方面具有较好的实际意义。     

大冲击响应信号的采集与处理

本文指出了对冲击加速度信号通过积分求得位移时误差的来源为采样的长度过长所致,在处理这一类问题时,必须采取高通滤波,滤去超低频成分,并注意采样的长度。