一种MEMS高g_n值加速度传感器的结构设计与仿真

高gn值加速度传感器在侵彻武器等领域受到广泛应用,对量程、灵敏度、固有频率等指标也提出了更高的要求。设计了一种MEMS高gn值加速度传感器,在传统梁—岛结构加速度传感器的基础上进行了改进,采用主微梁互补结构在提高固有频率、量程的同时,提高了灵敏度。在梁的末端提出了新式的延伸梁结构设计,大大减小了集中应力的现象,提高了结构的抗过载能力。利用ANSYS有限元分析软件,对该加速度传感器进行了静态、模态和瞬态分析。经仿真验证,该MEMS高gn值加速度传感器的各项指标均满足要求,具有明显的优越性。     

三轴高g值加速度传感器的测试技术研究

针对压阻式传感器敏感结构设计的需要,提出一种MEMS三轴高g值加速度传感器敏感结构.对设计的传感器进行Hopkinson杆冲击试验,标定了传感器的灵敏度、线性度和交叉耦合误差参数.对标定的传感器进行了动态侵彻试验,试验结果表明在48000 gn幅值、3 ms脉宽和15000 gn幅值、13 ms脉宽的冲击载荷下,传感器测试的位移误差为6%,性能良好,能够满足大脉宽、高冲击测试的需要.     

压阻式硅微型加速度传感器的研制

利用微加工技术制作了压阻式硅微型加速度传感器,对制作的加速度传感器样品进行了动态测试,单臂梁结构的加速度传感器的灵敏度为1μV/gn,双臂梁结构加速度传感器的灵敏度为1.6μV/gn,结果与理论设计值基本吻合。     

高量程加速度传感器的结构优化与仿真分析

在传统双边四梁结构的基础上,优化设计了一种高量程加速度传感器结构,量程为10 000 gn。理论上对其进行了应力分析,验证了结构的合理性,并通过有限元建模对传感器进行了静态结构分析,模态分析和抗过载能力分析。在恒压源供电条件下,传感器的固有频率大于50 kHz,灵敏度理论值为18.88μV/gn,抗过载能力为20000 gn。与传统结构相比,极大地提高了高量程加速度传感器的性能。     

压电陶瓷快速响应特性与应用研究

针对压电材料在逆压电效应下具有极快响应速度的特点,研究并测试了压电陶瓷在阶跃激励下阶跃响应时间及其输出特性,利用其响应时间短输出带宽大的特性,研究了压电陶瓷作为激励源在微结构动态测试上的应用,并建立了压电陶瓷底座激励装置,成功测试了几种MEMS微结构的谐振频率;利用其在极短响应时间内输出大加速度的特点,研究了压电陶瓷在大量程加速度传感器灵敏度测试上的应用,结果显示压电陶瓷瞬时输出最大加速度达上万gn.     

基于镜像异质三周期光子晶体介观压光效应的加速度传感器*

利用镜像异质三周期光子晶体的介观压光效应,用其来代替传统压阻式加速度传感器中的压敏电阻膜,设计出一种新型的高灵敏度加速度传感器。该加速度传感器采用四端固定梁结构,有效地消除了偏轴效应,具有很好的稳定性,在室温下其可测量的加速度范围为0~137gn。利用ANSYS软件对所设计的光子晶体加速度传感器进行静态分析和模态分析。可以看出在悬臂梁根部具有最大的应变值,而且第一模态频率与其他模态频率相差较大,可以有效降低交叉耦合。将光子晶体置于悬臂梁根部具有最大的感应灵敏度。这种加速度计具有很大的优势运用到以后的航天,军事等领域。     

高g微阵列加速度传感器的电气互联研究

设计高g微阵列传感器在受到150000gn加速度冲击作用下,它的电气性能良好。通过对改进封装后加速度传感器引线拉伸试验数据进行分析,利用模糊优化理论优点对试验数据进行模糊计算,得出最佳的精确焊接工艺参数。对不同工艺参数的传感器样品在霍普金森杆上进行冲击破坏试验,实验结果表明,在148000gn加速度冲击作用冲击下,传感器仍能正常工作,基本满足设计要求。     

爆炸冲击条件下的加速度传感器结构分析

针对加速度传感器在爆炸与冲击测试中的应用,从理论与有限元仿真出发,分析传感器结构的静态响应与冲击响应.在15.4×104gn的静态载荷下,传感器结构最大应力超过材料的许用应力,将会发生结构断裂.在静态载荷下,加速度传感器在15.4×104gn的冲击加速度载荷下结构最大应力超过材料的许用应力,将会发生结构断裂.在加速度传感器的工作方向上施加幅值为15×104gn,半周期为5μs、10μs、20μs、30μs、40μs的半正弦加速度冲击载荷.在幅值为15×104gn、半周期为30μs的冲击载荷下,传感器的固定端处应力为334MPa,将会使传感器断裂失效.在幅值为15×104gn、半周期为5μs、10μs、20μs的冲击载荷下,固定端处应力超过材料许用应力,将也会发生结构断裂.悬臂梁在半周期为5μs、10μs、20μs的冲击下,将会出现断裂.大体上,冲击载荷的周期越小,固定端的应力越大集中越严重.由于传感器固有周期为9.5μs,加速度传感器在半周期为10μs的冲击载荷下出现谐振,固定端处应力变大集中加剧.分析加速度传感器在冲击载荷下的结构响应为传感器的结构设计与具体应用时的可靠性分析提供了理论依据.     

单片三轴大量程加速度传感器性能测试与分析

对设计的单片三轴MEMS大量程加速度传感器进行了马歇特锤冲击测试和Hopkinson杆冲击校准试验,得到了三轴加速度传感器冲击过载信号及其各轴向的横向灵敏度比、线性度等关键参数。测试结果表明该三轴传感器在受到117 395.95 gn以上的冲击信号作用时,传感器各轴仍然能够正常工作;其三轴轴向灵敏度均能达到0.1μV/gn以上,各敏感轴受到轴向加速度时其线性度小于6%,轴间横向灵敏度比小于10%。     

高g_n值MEMS加速度传感器封装的研究

对一种新型双悬臂梁高gn 值MEMS加速度传感器进行有限元模拟。采用双悬臂梁传感芯片的一种实际封装结构 ,进行频域分析和时域分析 ,讨论封合传感器芯片和封装基体的封合材料对其输出信号的影响。频域分析表明 ,封合材料的杨氏模量对封装后加速度传感器整体的振动模态有一定影响 ,封合胶的杨氏模量很小时 ,会致使加速度传感器的信号失真 ,模拟表明可选用杨氏模量足够高的环氧树脂类作高gn 值传感器的封合材料。时域分析静态模拟表明 ,封合材料的杨氏模量 ,对最大等效应力和沿加载垂直方向的正应力最大最小值基本无影响。时域分析动态模拟表明 ,随着封合材料杨氏模量的提高 ,动态模拟输出的悬臂梁末端节点位移的波形和其经数字滤波后输出的信号变好 ,封合材料的杨氏模量不影响输出信号的频率和均值 ,在加速度脉冲幅值输入信号变化时 ,悬臂梁末端位移平均值输出信号与输入有良好的线性关系。     

超低频主动隔振系统的传感器应用技术

介绍了超低频主动隔振控制中常用的位移传感器的类型、工作原理、结构特点及适用范围。对影响静电悬浮加速度计测量精度的振源进行了详细分析,并对静电悬浮加速度计测量频段范围内的振动幅值作出了理论计算。对设计研制的线变量差动位移传感器进行了测试,结果表明:该传感器对振动频率在10-4~100Hz范围内的低频振动信号具有非常理想的拾振效果。     

用于低速渗流实验的低渗流传感器设计

针对岩土体低速渗流实验中μL/min级别流量难于测量的问题,提出了一种利用电解极化示踪的低渗流流量测量方法。介绍了传感器的测量原理、结构及测控电路。制作了量程为10～100μL/min的渗流传感器,并运用毛细管整体柱电渗泵进行了流量测定实验。结果表明：传感器结构简单、体积小,在10～60μL/min的流量范围内,传感器的线性相关性大于0.998,能够满足岩土体低速渗流实验的要求,具有良好的实用价值。     

Analysis and fabrication of a novel MEMS pendulum angular accelerometer with electrostatic actuator feedback

A new type of sensor to directly detect angular acceleration is essential for inertial and control technology. The above interest motivates us to propose a novel micro electromechanical system (MEMS) pendulum angular accelerometer with electrostatic actuator feedback. It adopts a proof pendulum with optimized moment of inertia, suspended to dual anchors by a pair of torsion spring beams, as sensing component. A pair of electrodes are designed as differential capacitors to detect the torsional angular of pendulum, then measure input angular acceleration in sensing axis. Another pair of electrodes are designed as electrostatic actuators for feedback control loop. The structure and operating principle of the MEMS angular accelerometer are introduced. Then, the structure kinetics analysis and signal detecting scheme based on differential capacitors are provided in detail, and the sensitivity and resolution of sensor are derived. Compared with the other MEMS angular accelerometers, the proof pendulum with optimized moment of inertia improves sensitivity and resolution of sensor. The electrostatic actuators feedback loop optimizes the dynamic capability and nonlinearity characteristic. The sensor is fabricated by MEMS fabrication technology. The ANSYS simulation and test results prove the validity of the theoretical analyses. The MEMS angular accelerometer can be used in industrial robots and aircraft by further implementing the signal processing electrocircuit.     

谐振式硅微机械加速度计研究进展

谐振式硅微机械加速度计作为一种新型的对加速度进行测量的传感器,是通过检测加速度施加前后谐振敏感元件谐振频率变化实现对加速度检测的。该传感器具有频率信号输出、稳定性好、灵敏度高、精度高等优点,己成为微传感器的重要发展方向之一。汇总了该传感器的国内外相关研究现状,并对加工工艺进行了总结,讨论了谐振式硅微加速度计设计中的关键技术因素,并给出了未来的发展方向。     

一种新型的三参量传感器

单参量传感器（加速度计、速度计或位移计）只能输出一种参量。本文介绍一种三参量转换器,可与任何一种单参量传感器组成一套完整的三参量传感器,可同时输出加速度、速度和位移三种参量。分析了三参量转换器的基本原理及构成三参量传感器的方法,给出了实测数据和相关的技术指标。构成的新型三参量传感器已在工程振动、强地震动等领域的测量中得到应用,取得了满意的效果。     

MEMS力平衡加速度传感器以测量误差最小为目标的控制算法

力平衡传感器(FBA)测量加速度是由反馈控制力与外界惯性力平衡时的控制力计算得到的,力平衡控制算法是力平衡传感器的核心.传统控制算法多以敏感元件偏移平衡位置最小为目标,限制了力平衡加速度计的测量精度和适用带宽.本文以MEMS力平衡传感器为对象,提出了一种以测量误差最小为目标的力平衡加速度计最优控制算法.引入测量误差新变量,将难以处理的力平衡控制转化为以响应最小为目标的经典控制问题,在此基础上获得了最优控制力的解析表达式,实现了对未知加速度信号的实时高精度检测.分别针对三种不同类型的输入加速度信号（阶跃、周期和随机）进行检测仿真,发现提出的算法能够准确地检测各类输入加速度信号,测量信号频带达kHz量级,同时在该控制算法下敏感元件的振动响应也得到有效控制,保证了加速度传感器的大动态范围.研究成果可为高精度和宽频带力平衡加速度传感器的研究提供基础.     

智能双轴倾斜传感器的研究

简要介绍了国内外倾斜传感器的发展情况及其测试原理 ,并提出了一种新型的双轴倾斜传感器的设计方案 ,利用压阻式加速度传感器感受重力加速度在传感器三自由度上的大小 ,从而测量物体的倾斜角大小。推导了该传感器的计算公式 ,并详细地介绍了该传感器的系统硬件组成及软件补偿方法