冲击测试中电荷变换电路的零漂分析与优化设计

压电加速度传感器在进行高g值冲击测量时经常出现零漂现象,严重影响了测试结果的精度和可靠性。为解决这一问题,首先建立压电传感器冲击测量时的数学响应模型,分析了测量电路中RC时间常数对零漂的影响。同时针对传输电缆耦合的共模噪声,设计了一种三运放差动电荷放大电路。测试证明,该电路在抑制共模噪声干扰的同时可进行±20 pC的小电荷的检测放大。最后通过恩德福克冲击台进行改进前后的对比冲击测试,验证改进后的设计对冲击测量中零漂抑制切实有效,为工程使用提供一定的参考价值。     

水下非接触爆炸条件下舰船冲击环境测试相关技术研究

在舰船水下非接触爆炸试验中,设备的冲击环境测量是整个测量任务中的一项重要内容;现有冲击环境测量方法主要分为电测加速度计算冲击谱和簧片测量仪直接测量两种,但测量冲击加速度时存在零飘现象的影响、簧片测量仪测量频率范围狭窄且自动化程度太低;为此,研制了新型机械滤波器以减小零飘对冲击加速度测量的影响;开发了簧片测量仪的电测方法以提高效率;同时自行设计制造了数种冲击谱测量装置,通过多种测量结果的比较,提高了冲击环境测量结果的可靠性。     

冲击作用下七元石英传感器动态性能研究

石英传感器已被广泛应用于冲击波剖面应力的测量。通过1.16 GPa冲击作用下七元石英传感器与分流型、短路型单元石英传感器的对比实验研究表明:七元石英传感器测量单元的压电电流特征与短路型单元石英传感器基本相同;中心测量单元受边缘效应等因素的影响较小,压电电流斜升幅度相对最小,其性质类似于分流型单元石英传感器,可特别应用于空间非均匀冲击作用分布等的测量。     

电阻应变式力传感器低频冲击频率测量电路设计

针对采用压电式力传感器、冲击力传感器测量冲击频率存在成本高、安装不便等问题,设计了一种电阻应变式力传感器低频冲击频率测量电路。该电路根据电阻应变式力传感器的工作原理,首先采用放大电路将传感器输出信号放大,然后运用电压比较电路产生方波信号,最后采用单稳态触发电路对方波信号整形,从而得到标准的方波信号。实际应用表明,该电路工作稳定,测量精度较高。     

压电式加速度传感器在高冲击环境下的零漂分析

为了抑制侵彻加速度测试中发现的压电加速度传感器零漂现象,减小其对测试结果的不利影响.首先从传感器自身和传感器后续电路两个大方面,分析了测试系统可能产生零漂的各种原因,并且针对引起零漂的原因提出相应的解决措施.然后根据具体测试环境改进设计了抑制零漂的侵彻加速度存储测试系统.通过空气炮实验,与改进前的试验曲线进行比对.试验结果显示,设计采取得的措施很好的抑制了零漂现象.     

一种基于压电石英晶体的高g_n值加速度传感器

高gn值加速度传感器广泛地用于冲击加速度的测量。概述了对高gn值加速度传感器的需求;简述了压电式高gn值加速度传感器的结构原理;介绍了高gn值压电加速度传感器的设计方案;开发了一种压缩、双屏蔽套筒式、用压电石英材料进行能量转换的高gn值加速度传感器;用马希特锤击机和霍普金森杆进行了试验;试验表明:该加速度传感器动态范围和工作频段分别可以达到0~150 000gn和0~20 kHz,幅值线性度小于10%,满足弹上要求。     

短路型石英传感器的平面冲击响应

石英传感器已广泛应用于冲击应力波剖面的测量。对不同宽厚比短路型石英传感器在冲击作用下的动态响应特点进行了研究,试验结果表明:不同宽厚比短路型石英传感器的动态响应特点基本相同,其压电系数与冲击应力满足线性关系;传感器压电系数斜升幅度与宽厚比的关系为:当石英传感器的宽厚比大于1.4时,其压电电流的斜升幅度基本不随宽厚比变化,而小于1.4时,压电电流的斜升幅度受边缘效应的影响明显上升,这表明宽厚比小于1.4的石英传感器可应用于实际工程测量。     

压电式动态应变测量系统低频特性的补偿研究

针对采用压电元件的动态应变测量系统的低频失真问题,提出一种采用数字滤波器的低频特性补偿方案。通过动态标定试验,获得了压电应变测量系统的阶跃响应特性,以应变计测量结果为期望输出,以压电式传感器测量结果为补偿滤波器的输入,采用M atlab中的系统辨识工具箱设计了数字补偿滤波器。应用结果表明:该方法可使得测量系统的低频下限由原来的2.2Hz降低到10-3Hz以下,低频响应不足引起的失真得到了很好的恢复。     

基于电荷输出型压电传感器的冲击波超压存储测试系统

针对集成电路压电（ICP）型传感器抗振动和抗热冲击性能不足的问题,实验对比了高阻电荷型与 ICP 型压电传感器的抗振动以及抗热冲击干扰性能,发现电荷输出型相比于 ICP 型压电传感器对复杂测试环境有较好的抑制作用。采用电荷输出型压电传感器设计了存储测试装置及其抗振动、防潮的保护外壳。实验表明：设计的存储测试装置能可靠触发,可实现冲击波压力信号的采集、显示和回读。     

冲击硅微机械加速度传感器的封装与封装性能分析

给出了一种压阻式冲击硅微机械加速度传感器的器件封装结构并对其封装的性能进行了分析.加速度传感器的封装采用可伐合金做管壳,采用环氧粘合剂将芯片粘结在金属基板上,采用金丝连接芯片铝焊点和管脚,使用环氧灌封胶充填管壳内空余的区域,来缓冲芯片受到冲击时承受的冲击应力.用ANSYS软件对封装后的器件进行了模态分析.分析结果表明,封装后加速度传感器敏感结构--悬臂梁敏感方向上的模态频率与封装前基本相同,封装后器件管壳三个破坏方向上的模态频率足够大.因此,封装不影响加速度传感器的测试性能并有良好的抗冲击能力.用霍普金森杆对封装后器件进行了冲击破坏实验.实验结果表明,引线从芯片铝焊点处脱落是冲击破坏的主要形式.     

加速度传感器及其安装工艺对加速台车模拟试验测量结果的影响

为研究加速度传感器及其安装工艺对车辆加速台车模拟试验测量结果的影响,采用碰撞试验常用的压阻式和电容式加速度传感器对加速台车碰撞模拟试验进行了测试。在DIAdem和Matlab中计算了加速度传感器输出结果的偏差、相干函数、能量谱、冲击响应谱等参数,在时域和频域内分析了加速度传感器及其安装工艺对加速台车模拟试验测量结果的影响。     

水平姿态测量用加速度计的环境适应性设计

为适应高冲击和随机振动的使用环境,对由双轴石英加速度计构成的水平姿态测量装置,给出了基于三梁单岛悬臂梁结构和双梁单岛悬臂梁结构的加速度计支承结构和固有频率的设计方法,并对设计结果进行了有限元分析和振动冲击试验验证。结果表明:利用该设计方法设计的加速度计结构,对随机振动和高冲击的使用环境具有良好的环境适应性,能够承受持续时间3m s的1 10gn冲击和0~2 kHz的随机振动,测量精度优于0.02°。     

微加速度计在冲击环境下的可靠性研究

微加速度计用于测量载体的加速度,并提供相关的速度和位移信息.微加速度计可以和微型陀螺仪组合构成微型惯性测量单元.但是微加速度计还没有完全实现市场化,微加速度计的可靠性问题已经成为制约其广泛应用的关键因素.微加速度计在加工、封装、运输和实际使用中都可能受到冲击的作用.主要研究压阻式微加速度计在冲击环境下的可靠性问题.通过简化加速度计的结构,得出了悬臂梁上的应力分布.设计了微加速度计在冲击环境下的可靠性试验,分析了加速度计在冲击环境下的主要失效模式及失效机理.得出了压阻式加速度计在冲击环境下的主要失效模式是键合引线的脱落和悬臂梁的断裂.     

基于介观压阻效应的高g值加速度计设计

依据介观压阻效应原理,设计出一种以超晶格量子阱薄膜为敏感单元的高g值纳机电加速度计,期望利用超晶格量子阱薄膜的高灵敏特性,提高加速度计的灵敏度。结合GaAs基表面微机械加工工艺和控制孔技术完成了加速度计的加工。采用马歇特冲击的方法完成了加速度计的测试,并利用冲击响应谱分析了微加速度计在有外部冲击情况下的响应,研究结果表明:依据介观压阻效应原理和MEMS技术制作高g值纳机电加速度计具有可行性,从测试结果可以看出该微加速度计不但冲击响应信号与标准加速度计所测信号很接近,而且它们的响应一致性较好。     

高冲击加速度传感器频响窄脉冲标定测试技术

针对高冲击加速度传感器的频响计量测试问题,设计了一种可实现冲击加速度传感器频响窄脉宽标定系统。该系统采用Hopkinson杆为试验装置,以激光多普勒测速仪作为基准信号测量装置,基于窄脉冲频响计量测试原理,采用汉宁窗和三次插值方法对信号进行处理,基于LabVIEW和MATLAB开发环境编写数据处理程序,实现对被校MEMS冲击传感器频响的快速解算。试验结果表明,该系统能够快速解算出高冲击加速度传感器的幅频特性函数,对传感器工作频带的估计误差低于10%。该系统避免了不同窄脉冲激励条件下,对基准信号和加速度传感器输出信号进行处理的复杂流程,采用适于常规输入信号的信号处理方法,提升了约20%频响测试效率,实现了对加速度传感器频响的快速标定测试。     

高g值加速度传感器的窄脉冲校准理论与方法

针对高g值加速度传感器动态特性校准中遇到的激励窄脉冲的宽度问题,提出了适用于高g值加速度传感器动态特性的窄脉冲校准准则。该准则给出了对不同谐振频率的高g值加速度传感器的动态特性进行校准时,校准所需的激励窄脉冲的最大脉冲宽度与传感器谐振频率的关系。依据该准则设计了窄脉冲校准系统,并对8309型高g值加速度传感器进行了校准实验。实验结果表明,该准则对于高g值加速度传感器频率响应特性的校准是有效的,按照该准则所定脉宽的脉冲能够激起被较准的高g值加速度传感器的各阶谐振频率。     

无方向性力平衡加速度传感器设计

在传统力平衡加速度传感器技术基础上,通过增加低截止频率的高通滤波电路方法,设计出一种新型无方向选择性的力平衡加速度传感器,使其既可以用来测量水平向低频振动信号,也可以用来测量垂直向低频振动信号。     

基于小尺寸Hopkinson杆的动态校准系统

针对高g值高安装谐振频率加速度计动态校准过程中高g值窄脉冲加速度激励信号难以产生的难题,提出了基于小尺寸Hopkinson杆的动态校准系统。该系统采用压缩空气作为激励源,小尺寸精密校准杆作为加载装置来产生窄脉冲加速度激励信号,并通过轴向激光干涉仪进行激励信号的测量。且校准实验结果表明,该系统可以充分激起安装谐振频率为180kHz的高g值加速度计B&K 8309的高阶谐振频率,校准结果较为理想。     

A novel out-of-plane MEMS tunneling accelerometer

A novel out-of-plane MEMS tunneling accelerometer is designed, fabricated and characterized. ICP process, which can generate large proof mass, is used for the first time to fabricate an out-of-plane tunneling accelerometer. To reduce the high Hooke's constant in out-of-plane direction of the ICP etching structure, the beams and the proof mass are dry-etched by double mask ICP process, which reduce the Hooke's constant, thereby enhance the sensitivity of the device. The tunneling current of open loop is tested in the air by HP4145B semiconductor analyzer, which verifies the presence of tunneling current and shows the needed driving voltage. The close-loop test shows sensitivity of 811 mV/g for feedback voltage (the sensitivity of actuate voltage is about 200 mV/g) and nonlinearity of 1% in the measurement range of 0 to +1 g. The spectrum measurement is performed in general environment and the resolution of the device is 0.5 mg/rtHz (1.25–100 Hz), which shows better low frequency property.