三明治结构大量程MEMS惯性伺服加速度计研究

良好稳定性和大量程设计一直是困扰微惯性加速度计研制的两个难题，文中对影响微加速度计稳定性的丰要因素(外置偏压和横向加速度干扰)进行了详细分析，对加速度计各参数对量程的本质影响及其相互关系进行了研究，理论分析和计算机仿真结果表明：根据给出的四梁中心悬臂结构，在典型结构参数下，惯性敏感单元可承受的最大横向加速度达2000g以上，采取质量块减薄和打孔并用的方法可以保证加速度计具有70g以上量程。     

惯性仪表测试异常引发落点偏差的新计算方法研究

提出了一种加速度计故障引发落点偏差的简易计算方法。该方法建立了导引异常引发的视加速度偏差方程，通过计算发射惯性坐标系三个方向视加速度相对于标准弹道的偏差值，进而求出故障弹的落点及落点偏差。     

d31模式四悬臂梁压电MEMS加速度计

针对高灵敏度无源加速度计的集成制造需求,提出一种d₃₁工作模式下四悬臂梁集成拾振微球的MEMS压电加速度计敏感结构。建立动力学振动和拾振理论模型,并使用COMSOL 5.0软件对传感器件结构进行建模仿真,通过优化确定满足拾振条件的微器件几何尺寸和结构。利用溶胶凝胶方法实现硅基高品质PZT压电薄膜的异质集成制造,使用MEMS工艺制造微器件并完成传感器的集成和组装。测试结果表明：该加速度计的输入加速度与输出电压的关系为V=1.881a-0.033,电压灵敏度在1 152 Hz时达到13.8 mV/g,表现出良好的灵敏度、线性度和抗干扰能力;新方法具有正确性和工艺方法的可行性,为高性能加速度传感器件提供了一种新的技术途径。     

压阻式高量程微加速度计的设计

为了满足过载环境对高量程加速度计的需求,设计了一种高量程微加速度计。通过对敏感结构建立数学模型及Ansys静力学仿真,确定了该加速度计的总体设计,最后对加工完成的加速度计进行了测试。结果表明,该加速度计的灵敏度为193.3μV/g,在受到10 000 g以上的加速度作用时仍能正常工作,能够满足实际需要。     

陀螺加速度计静态误差模型研究

通过建立陀螺加速度计运动学和动力学方程,得出仪表感受线加速度的静态误差模型.提出在三轴转台上标定陀螺加速度计误差模型的新的试验方法.试验结果表明,采用机理分析和试验相结合的方法建立仪表的误差模型,提高了误差模型的精确度.     

液浮摆式力平衡加速度计的研究

测量宇宙飞行器(火箭等)的加速度,进行导航和制导时,必须有测量范围宽的伺服加速度计。根据用途,特别在要求精度很高的情况下,一般希望测量范围在±10g、分辨力为1×10~(-6)g。伺服加速度计(摆式),根据其摆的支承方法不同可分为液浮摆式加速度计和挠性支承加速度计两种类型。利用挠性支承方式,在摆的运动方向(输入轴方向)要求挠杆的刚度非常小的同时,在输入轴以外的各向则要求挠杆的刚性非常大。所以在设计和制造挠杆时,需要很高的技术,另方面,液浮摆式加速度计,由于摆的回转轴用尖轴和宝石轴承支承,在原理上不存在妨碍摆运动的弹性效应,而且浮力还可以减轻轴承的摩擦。尤其     

一种电容式高量程微机械加速度计的设计分析

针对特殊场合的高g值加速度测试需求,提出了一种叉齿电容式高量程微机械加速度计的结构形式,采用面内敏感的变面积差动电容变化方式,并针对传感器固有频率、横向效应、量程和加速度灵敏度进行了设计分析。仿真结果表明：该加速度计量程200 000 g,固有频率266.2 kHz,模态分离比大于2.5,0~10 kHz通频带内加速度分辨率优于60 g. 基于硅-玻璃微机械工艺进行了加速度计微结构的流片加工、镜检测试和传感器的初步冲击实验验证。相比已有的高量程微机械加速度计,该设计具有线性度好、横向效应小、加速度灵敏度高和抗高过载能力强等特点。     

利用小型后坐冲击模拟试验装置进行重锤加速度的测量与分析

介绍了几种加速度计的结构形式及其工作原理，做了加速度测量实验，分析了两发具有典型的加速度波形的测试试验结果，利用空发试验求得加速度计灵敏度，并验证了其准确度；编程求得加速度一次积分，从而计算出重锤动量。     

一种压阻式硅微复合量程加速度计

针对常规弹药制导化应用中对大动态范围变化加速度参数测试的需求,以及空间尺寸的限制,采用多个不同量程加速度计进行测量所带来的极大不便和误差问题。文中设计了一种具有10g、100g、500g和10000g四种量程的硅微压阻式复合量程加速度计,并对其作了静、动力学仿真分析,在此基础上对所加工和封装好的复合量程加速度计进行了静、动态特性标定,标定结果表明该复合量程加速度计具有良好的静、动态特性,可以完成四个覆盖高低量程加速度值的测量。     

双加速度计滤波法测量弹丸轴向加速度

弹丸的射程预测通常需要采用加速度计测量其轴向加速度,为了消除加速度计安装位置、安装误差以及弹丸姿态运动对弹丸轴向加速度测量精度的影响,文中基于刚体弹道模型对双加速度计滤波法测量精度进行了仿真分析.仿真结果表明:双加速度计滤波法测量误差为0.6 m/s2(1σ),该方法可以有效地提高测量精度.     

高过载三维MEMS加速度传感器敏感芯片设计仿真与优化

为获取硬目标侵彻武器弹体侵彻过程中完整的三轴向加速度信号,研制了三维高冲击过载MEMS压阻式加速度传感器。提出了中心岛硬心质量块E型膜片结构设计方案和独特的三维力敏电阻的布桥方式,并详细阐述了传感器三维加速度测试的工作原理,运用有限元分析软件进行仿真验证,并运用零阶粗优化与一阶梯度寻优相结合的优化算法,对传感器敏感芯片的结构参数进行优化。优化仿真结果表明：传感器敏感芯片的结构强度足够,可承受的瞬态高冲击过载峰值最高可达2×105 g;芯片固有频率可达231 kHz;三轴向加速度浏试力敏电阻布设位置应力应变大,使得传感器有较高的输出灵敏度,理论上的优化仿真分析保证了传感器有可靠的工作性能,最后研制传感器原理样机,进行实验验证。     

加速度计贮存试验及寿命评估方法研究

针对长期贮存后加速度计寿命难以评估的问题,提出一种综合利用加速试验数据与自然贮存试验数据的评估方法。采用极小卡方估计和拟合优度检验,处理加速度计的自然贮存数据,得到其可能服从的4种寿命分布函数,确定加速度计寿命分布形式为威布尔分布和Ⅰ型极大值分布;基于加速度计的先验信息,设计并开展加速度计的步进加速寿命试验,获得加速度计的加速失效数据;在威布尔分布和I型极大值分布假设下,依据加速失效数据估计加速度计寿命分布模型参数,采取加速因子变异系数的方法,选定Ⅰ型极大值分布为加速度计的寿命分布函数,得出常规应力水平下可靠度0.90和0.95的寿命分别为14.917 6 a和10.052 4 a. 通过对比标准贮存环境中和寿命分布模型中加速度计的失效比率,验证了综合利用两种试验数据评估加速度计寿命方法的有效性。     

炮弹飞行运动状态的全局灵敏度分析

出于外弹道测试或导航控制等需要,常在炮弹上安装各种用于飞行状态测量的装置。由于炮弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰,直接影响弹载测量装置的输出。为了更好地开展试验设计及相关数据处理工作,采用三轴陀螺仪测量炮弹转动角速度、三轴加速度计测量弹丸加速度、磁力计测量炮弹姿态角的方案,以五自由度刚体弹道方程组为基础,采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol’全局灵敏度分析方法,就3种传感器的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明,初始偏航角速率和初始俯仰角速率对陀螺仪沿弹体径向的输出、加速度计沿弹体径向的输出和磁力计轴向输出的影响较大,初速对陀螺仪轴向输出和磁力计沿弹体径向的输出的影响较大,阻力系数对加速度计轴向输出的影响较大。     

具有非模型动态的加速度计数学模型辨识

将加速度计数学模型的不确定性看成是在H~∞单位球内的非模型动态,应用成员集辨识理论给出加速度计的数学模型集。用仿真和试验结果说明加速度计的这种非模型动态可以很好的描述实测的情况。     

微型智能电子水平仪设计

基于C8051F021单片机和双轴加速度传感器ADXL202的微型智能电子水平仪,用相位解调器提取信息,经低通滤波后,模拟信号由DCM转换为脉宽占空比信号,确定加速度方向.单片机通过测量输入脉冲的高电平时间及周期而实现占空比测量.经重力场翻滚试验、0g读数及比例因子校正,其结果表明纵、横倾角的输出稳定.     

基于BP神经网络的飞行体姿态预测模型

针对建立精确的加速度传感器输出与飞行体姿态获取比较困难的问题,在研究了加速度传感器输出信号对飞行体姿态影响的基础上,建立了相应的BP神经网络模型。结合加速度传感器输出的具体数据,应用Matlab语言编写相关的计算程序,验证了模型的可行性。     

侵彻武器用MEMS大g值加速度计

侵彻武器穿入地面等坚硬物质的加速度可达重力加速度的2万倍至几十万倍,要求所用加速度传感器既能抗击该工作环境,又能识别冲击与钻入的整个过程.美国侵彻武器用MEMS大g值加速度计属电容传感器,其工作原理采用2个电参数完全相同的电容,1个作检测电容,1个作参考电容,将被测加速度值的变化转换成电容量的变化而实现.该加速度计由结构单元和信号处理电路组成.实验结果表明,尚需对2组成部分进一步集成,对机械静电阻尼进行优化,对封装深入研究.