高量程压阻加速度传感器横向响应的测试及分析

文中提出了一种高量程压阻加速度传感器的灵敏度和横向灵敏度参数在动态冲击环境下的简易测试方法.采用金属杆自由落体的比较法,即将待测试的加速度传感器和已标定过的加速度传感器以背靠背的形式固定在金属杆的尾端,金属杆从一定高度自由落下与放置在地面上的金属砧发生相互碰撞,利用双通道放大器和计算机数据采集系统同时记录两路信号.实验中分别对6 000 g和60 000 g的压阻加速度传感器进行了研究,该方法具有较好的重复性和可靠性,并分析了测试偏差来源对横向响应的影响.     

贴片胶对高量程MEMS加速度传感器性能的影响

贴片工艺是高量程MEMS加速度传感器封装工艺中一个非常重要的环节,对传感器的灵敏度和可靠性具有重要的影响。根据一种自制的、量程为XX的高量程MEMS加速度传感器的贴片封装模式,利用有限元分析法建立了传感器的贴片封装模型,基于理论、有限元方法研究了贴片胶弹性模量对传感器性能的影响。使用两种不同弹性模量的贴片胶对传感器进行了封装,开展了基于霍普金森压杆测试系统的传感器性能测试试验。模拟和试验结果表明:对于使用贴片封装模式的高量程MEMS传感器,其灵敏度随着贴片胶弹性模量的增加而相应的提高。     

一种用于人致楼盖振动测试的光纤加速度传感器

将等强度梁与L型转轴相结合,设计了一种灵敏度可调的光纤光栅加速度传感器。此传感器通过改变质量块与转轴之间的距离,设置了3种量程档位,实现了量程及灵敏度的可调性,能够为被测对象提供合理的满量程精度。基于上述功能目标,通过振动台实验,分别对该传感器3种档位的幅频特性、灵敏度及横向抗干扰能力进行了测定,确定了该传感器的性能指标。实验结果表明,所研究的光纤加速度传感器具备测试低频振动特性的功能,且量程可调、灵敏度高、抗干扰能力强,能够满足人行荷载导致的楼板振动的检测需求,具有较强的推广应用价值。     

高冲击三维加速度传感器横向灵敏度校准技术

探讨了高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度的校准技术。新制定的国标已规范化了传感器的相对横向灵敏度这一参数,它是加速度传感器的一个重要指标,但其定义仅对一维加速度传感器而言。为了扩展到高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度的校准上,笔者采用在空气炮上实现高冲击三维加速度传感器的校准方法采集数据,以三维加速度传感器的拟合直线代替校准曲线、用侧向芯片和主向芯片输出之比计算相对横向灵敏度,更便于使用者评价传感器的性能。完善了高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度测试和校准的技术。相比其他技术,采用的校准装置和校准方法既符合传感器峰值高、脉宽大的特点,又能完整地呈现三轴向间的输出关系。     

微机械电容式加速度传感器仿真分析

微机械加速度传感器的检测模态特征频率和有效量程是进行传感器设计时必须要考虑的2个重要参数。文中在对传感器检测模态频率进行有限元分析的基础上,利用电路仿真软件Multisim对传感器等效电路进行了谐振频率分析,并根据线性度指标求得了传感器的有效量程,为微机械加速度传感器的设计提供了参考。     

R电容式硅微加速度传感器静态误差的标定

静态误差广泛存在于各种加速度传感器的应用中,对于误差的标定非常重要。本文介绍了电容式加速度传感器的结构,并分析其工作原理。对于加速度传感器的量程,采用精密离心机来标定静态误差,具体介绍了离心机实验过程,成功地实现了对加速度传感器静态误差的标定,并给出了电容式加速度传感器的标定数据和结果,标定结果使加速度传感器测量的线性度得到了很大的提高。标定方法也适用于其他类型加速度传感器。     

一种高量程加速度传感器的性能测试与分析

针对一种基于微梁检测结构的新型双轴MEMS面内高量程加速度传感器,通过马歇特锤冲击校准装置和霍普金森杆冲击校准装置,测试了传感器的灵敏度和频响特性。试验结果表明:该传感器敏感结构X轴方向的灵敏度为0.470±0.03μV/g,幅值误差±5%时,工作频带为15.5 k Hz;Y轴方向的灵敏度为(0.517±0.03μV/g,幅值误差±5%时,工作频带为16.9 k Hz。该加速度传感器实现了硅平面内2个轴向的高g值加速度信号测量,可以用于后期集成三轴高量程加速度传感器。     

一种铰链式高量程加速度传感器及其力学性能分析

提出一种铰链式结构的高量程加速度传感器,该结构可使加速度传感器在保持一定灵敏度的情况下大大提高器件固有频率,从而在更宽的频带内真实地反映冲击过程的加速度信号波形.建立简化模型和改进模型分析该加速度计的力学性能,并用ANSYS模拟验证两种模型的计算结果.其中改进模型考虑了质量块的变形以及梁和铰链的质量影响,提高了器件固有频率的计算精度,计算结果更接近于ANSYS分析结果.最后由模拟分析数据得出该加速度计结构参数的优化.     

基于ANSYS压力传感器加速度效应的校准

针对目前大部分的压力传感器的校准方法不能同时兼顾高幅值压力和高加速度的缺陷,提出了一种针对压力传感器加速度效应的校准方法.该校准方法通过对压力传感器施加系列不同的压力并采用霍普金森杆产生对应的不同系列激励加速度脉冲,从而测得该压力传感器不同系列激励的加速度效应.通过ANSYS有限元仿真对该校准方法进行了分析和验证,得到了加速度对压力传感器输出的影响大概为千分之几的数量级,并绘出了加速度效应的灵敏度曲线,这为高加速度下的压力测试的校准技术奠定了理论基础.     

仿桥梁护舷式抗高过载加速度传感器设计

为了解决用于外弹道信息测量的MEMS加速度传感器无法承受弹丸发射过程中膛内的高过载,易产生器件损坏的问题,设计了一种具有抗高过载能力的低量程电容式加速度传感器.在传感器梁上应力较大、相对易受到撞击而产生断裂的端部位置设置了仿桥梁护舷式的防护台结构,该结构能以自身形变吸收部分撞击时的能量,从而减小传感器本身因撞击而产生的变形.有限元仿真结果表明:引入这种桥梁护舷式防护台的加速度传感器在30000g过载情况下受到的应力由引入前的994.88 MPa降低至70 MPa,因过载导致器件损伤断裂的可能性大幅降低,符合提高传感器抗过载能力的设计预期.     

Correction and evaluation of the effect due to parasitic motion on primary accelerometer calibration

Primary accelerometer calibration is carried out under the assumption that a vibration exciter gives a rectilinear motion to an accelerometer to be calibrated. However practical vibration given by the vibration exciter includes parasitic motion such as transverse, rocking, and bending motion. Such parasitic motion would give two serious effects on primary calibration results, transverse motion effect and vibration distribution effect. Transverse motion effect is caused by an inner product of the vectors of both transverse motion and transverse sensitivity. On the other hand, the vibration distribution effect is caused by relative motion between a sensing point of accelerometer and a spot sensed by the interferometer. As these effects have close interaction between parasitic motion and measuring instruments, it would be very difficult to evaluate them by measuring independently each component.     

灌封对高量程微机械加速度计封装的影响

灌封是高量程微机械加速度计实用化的一个关键步骤。文中根据自制的一种压阻式高量程micro-electro-mechanical system(MEMS)加速度计芯片及一种实用的封装结构，对其有限元模型进行模态分析和高g值加速度载荷下的响应分析。封装结构的模态频率随着灌封胶弹性模量的增大而增大。但弹性模量过小时，模态频率反而比未灌封时低，可能会干扰输出信号。对器件加载10万g加速度表明，器件的模拟输出电压值随着灌封胶弹性模量或密度的增加而缓慢减小。模拟输出电压值与解析解很接近。封装之后传感器的模拟输出电压与加速度载荷具有良好的线性关系。     

用于倾角仪的加速度计偏值误差补偿技术

基于加速度计的倾角测量方法是大部分倾角仪所采用的基本原理,对其零位偏值引起测量误差的补偿方法却研究较少.文中通过分析加速度计的结构和倾角测量原理,引入了摆放角的概念,并对摆放角对加速度计零位偏值的影响进行了分析,给出了零位偏值的在线补偿方法.针对分析结果,通过试验和数据分析论证了补偿效果.     

压阻式微加速度计动态特性与阻尼的关系研究

采用微机械加工工艺制作的压阻式微加速度计在测试过程中经常出现动态特性欠佳甚至于结构损坏的现象，在压阻式微加速度计中，合理设计阻尼参数有助于改善传感器的动态特性。将压阻式微加速度计简化为二阶模型，定性分析了系统动态特性与阻尼之间的关系，研究了压阻式微加速度计结构中阻尼的设计和控制方法，仿真、比较了带不同阻尼参数传感器系统的动态特性，并通过实验验证了仿真分析的正确性。     

SAW加速度计量程调整及计量标定方法研究

提出了用声表面波滤波器测知加速度方向和大小的方法，研究了电容器中的静电吸引力对加速度计敏感质量块的位置稳定作用，以及用它扩大悬臂梁式加速度计量程的原理。用SAW滤波器和电容器中的静电吸引力扩大和调整了悬臂梁式基本加速度计的量程之后，需要对量程调整后的加速度计测量值进行校准和计量标定。本文利用精密离心机转速与其向心加速度之间的对应关系对SAW加速度计的测量数据进行了计量标定。     

摆式列车横向加速度传感器的故障诊断与优选方法

由列车横向振动的特性和陀螺仪信号,对加速度传感器的卡死、恒增益变化和恒偏差故障进行诊断。进而对横向加速度信号进行小波包分解,提取出列车在弯道上的离心加速度信号的同时,提出“特殊范数”与传感器状态建立对应关系,判断传感器是否为瑚机故障以及无故障时如何选择准确性更高的传感器。     

微加速度计在冲击载荷作用下的失效分析

抗冲击性是加速度计的一个主要性能指标,跌落实验则是一种测试结构冲击作用的有效方式,本文利用跌落实验种折叠梁式微加速度计在冲击载荷作用下的失效模式进行了研究。实验发现在微加速度计中主要存在两种主要的失效模式,即微梁结构的整体破坏和微结构在横向之间的粘附。应用拟静态和能量方法给出微结构在中冲击载荷下的响应。     

考虑横向灵敏度的三轴加速度传感器标定方法研究

横向灵敏度是单轴加速度传感器的重要指标之一,它直接影响到三轴加速度传感器的标定模型与测量精度。本论文以三轴MEMS加速度传感器为研究对象,在传统的标定模型中引入了导致测量耦合的横向灵敏度误差,建立了一种新的三轴加速度传感器标定模型,该模型将传感器的横向灵敏度以对称矩阵的形式引入现有的标定公式,构建了包含零位偏差、标度因数误差、非正交安装误差及横向灵敏度的标定函数表达式。最后利用十二位置标定法采集了三轴加速度传感器的原始测量数据,通过极大似然参数估计算法解算新的标定模型完成标定。结果表明,与常用标定数学模型相比,本数学模型的补偿误差均值与方差更小,补偿后数据精度更高且稳定性更好,本研究成果对提升三轴MEMS加速度传感器精度有十分重要的指导意义,因此具有较高的理论研究和工程应用价值。