高冲击环境下MEMS大量程加速度传感器结构的失效分析

对设计的大量程加速度传感器进行冲击测试,分析该种传感器结构在高冲击环境下的输出信号及可靠性。加速度传感器结构采用四端全固支结构,通过在梁的端部和根部设计倒角结构以分散应力。测试结果表明该传感器在232,119.4 gn下可以测试到有效输出信号。同时,对测试中失效传感器进行了分析,总结出大量程加速度传感器的在高冲击环境下的失效模式主要为键合引线的脱落、微梁的断裂和封装失效。     

复合量程加速度计抗过载技术的研究

介绍了复合量程加速度计的设计原理,对加速度计的抗高过载能力进行理论分析和实践证明。从复合量程加速度计的内部结构设计到外部封装设计两个方面考虑提高抗高过载能力。应用ANSYS软件对结构进行仿真,并应用到实际的过载试验。试验中,复合量程加速度计在经过高过载之后,能有效的测得炮弹膛内初始过载和外弹道轴向过载,而且加速度计没有被损坏。结果证明,这种抗过载设计方案具有很高的可靠性。     

高量程加速度传感器在测试中的失效分析

通过在不同测试环境对高量程加速度传感器进行测试,并对传感器在测试中出现的失效进行分析,在实验室环境测试中出现的主要失效模式为键合引线的脱落和微梁的断裂,其原因是不同金属的引线键合强度较低;重复性的冲击加速了材料的疲劳.在实弹测试环境测试中出现的传感器失效原因主要足在侵彻测试中传感器芯片与侵彻信号中高频分量发生共振导致过...     

高过载存储测试中抗过载技术的研究

介绍了高过载存储测试的系统组成和设计原理。对记录器抗高过载能力进行理论分析和试验证明,从电路和结构设计方面考虑提高抗高过载能力。应用ANSYS软件对结构进行仿真,并采用缓冲和灌封技术相结合的方案,使得防护效果更佳。经过试验证明：这种方案具有很高的可靠性。     

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。     

MEMS高量程加速度传感器的动态特性分析

利用霍普金森杆激光干涉冲击试验台对实验室研发的MEMS高量程压阻式加速度传感器进行动态校准;采用两种不同解算方法对实验数据将进行分析处理,求解出该传感器的幅频特性,绘制了对数幅频特性曲线;通过对比两种算法的结果知道,镜像映射法优于FFT算法,其算法简单有效,能直接辨识出系统模型参数和模型阶次.     

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117 395.95gn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0.1 μV/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％.     

SiC高温高量程MEMS加速度传感器的仿真与分析

加速度传感器材料的特性对传感器的性能影响很大,SiC作为新一代半导体材料具有优良的力学温度特性,适用于高温、高过载加速度传感器.基于SiC提出了一种可用于高温、高过载环境的加速度传感器设计方案.根据悬臂梁的相关力学理论知识,对传感器结构、尺寸进行了设计,并利用ANSYS有限元仿真软件对SiC材料传感器敏感结构进行模态分析、静力学分析、热分析.仿真结果表明,6H-SiC材料表现出了比Si材料更优异的抗高温、抗过载特性,为应用于高量程、高温环境下的加速度传感器研究提供了可靠的理论基础.     

微型光纤光栅土压力传感器量程及其过载能力分析研究

为定量分析压力传感器的测量量程及其过载能力,提出一种微型光纤光栅土压力传感器并构建其气压标定系统。对微型光纤光栅土压力传感器进行理论分析得其灵敏度为7.5 nm/MPa,测量量程可达1.06 MPa。而分析光纤光栅土压力传感器性能测试数据得:该传感器压力灵敏度为5.9 nm/MP,线性度为99.93%,可测量实际量程为225 kPa,过载能力上限值为300 kPa。研究结果可用于指导设计规定量程的光纤光栅土压力传感器,具备一定应用价值。     

基于窄脉冲校准的高量程加速度传感器动态建模

面对高量程加速度传感器动态校准中存在的测不准以及数据处理困难等问题,论述了窄脉冲校准原理,引入了消除噪声干扰的广义最小二乘算法对于传感器的校准数据进行处理,并且结合窄脉冲校准原理进行了算法的数值仿真与实验验证。利用Hopkinson 杆对于自研的量程为200000gn的多级封装传感器进行了窄脉冲动态校准实验。系统辨识的结果表明模型获得的传感器的本征模态与通过FFT方法获得的本征模态分别为482.4kHz以及481.8kHz,并且曲线精度大大优于后者。     

火炮发射高过载信号存储测试系统设计

针对某高过载弹体无损回收试验系统,研制了一套火炮发射高过载存储测试装置.该装置以STM32为控制核心,实现信号调理、数据存储、串口通信等功能.软件设计上采用一次外触发+多次内触发的方式,有效规避了测试时误触发的现象.该装置将加速度传感器与存储测试电路分离安装,方便传感器的拆卸,可安装于发射弹体的尾部,能够检测并记录弹体发射过程中的加速度数据.试验后回收装置,利用上位机读取检测到的数据并显示波形,可以为之后弹体无损回收的理论分析、参数设置提供重要的实验依据.     

高量程MEMS加速度计封装工艺研究

对一种先进的双悬臂梁高量程MEMS加速度计的单芯片封装工艺进行了失效机理分析。手工粘贴芯片盖板可靠性不高,加速度计失效是由于胶粘剂(粘贴胶或灌封胶 )从芯片盖板和芯片的间隙流淌进入悬臂梁的过载保护间隙,阻碍了悬臂梁的摆动。高量程加速度计采用单芯片封装方法时,存在芯片正面和背面保护的可靠性问题,更好的封装方法是采用圆片级封装。黑胶不适宜用作加速度计的贴片胶,至少使用聚酰亚胺膜作背面保护时如此。     

MEMS面内大量程加速度传感器设计与分析

针对目前导弹引信等武器系统领域对大量程加速度传感器的迫切需求,设计了一种测量平面内加速度的大量程压阻式加速度传感器.该传感器结构双端固支梁-质量块结构,可有效消除敏感轴轴间的交叉干扰,提高了测量精度.仿真分析表明传感器在敏感轴轴向灵敏度为1.41 μV/gn,可实现对150 000 gn的加速度载荷的测量.     

基于多目标优化的高量程加速度传感器小型化设计

为了实现MEMS高量程压阻式加速度传感器的小型化,并提高其性能,提出一种多目标优化方法.将加速度传感器的性能、尺寸作为多目标函数,并将最优空间填充设计(OSF)和克里金(Kriging)代理模型相结合,构建目标函数与几何变量之间的函数关系.然后将精度较差的样本点作为细化点、不断更新代理模型,直至模型拟合精度满足指标要求.最后利用非支配排序遗传(NSGA-Ⅱ)算法进行多约束优化得到帕累托(Pareto)最优解集.优化结果表明,传感器的尺寸减小了29.33％,一阶谐振频率提高了27.94％,在100000 gn过载下的理论灵敏度提高了23.64％,且不会降低该高量程加速度传感器的抗过载能力,从而验证了该方法的有效性.     

MEMS高g加速度传感器固有频率的优化及验证

由于设计的MEMS高g加速度传感器固有频率低,导致测试过程中出现谐振现象。本文分析了传感器的特殊结构参数对固有频率的影响,提出了一种优化固有频率的方法。该方法通过减小质量块质量和优化梁厚度与长度的比例来调整传感器的固有频率,并通过理论仿真验证了该结构的固有频率从330 kHz提高到550 kHz,然后利用动态测试系统对优化前后的高g加速度传感器分别在20 000gn和150 000gn作用下测试输出信号。实验表明该优化方法提高了该类传感器结构的固有频率,明显消除了测试中的谐振现象。     

一种大量程加速度传感器的性能测试

设计的一种大量程加速度传感器敏感单元采用一对双端固支结构,实现硅平面内加速度的测量,通过马歇特锤冲击测试试验和Hopkinson杆激光干涉冲击测试,分别标定了传感器的灵敏度和动态响应,试验结果表明:测试传感器的灵敏度为0.126μV/gn,工作频带为21.46 kHz,工作频带的动态重复性为3.9%,能够满足实际的测试需求,为实现单芯片集成三独立质量块结构的三轴加速度传感器提供了参考依据。     

一种大量程压力传感器的结构优化设计与仿真分析

设计了一种大量程硅压阻式压力传感器,通过理论模型分析优化传感器结构尺寸,保证薄膜的线性变化和抗过载能力;并通过有限元建模分析可动薄膜位移及应力随压力变化关系,对结构进行优化设计;同时用有限元仿真验证理论分析的正确性.通过理论与仿真优化分析,提出了采用C型膜片一体化硅压阻式压力传感器结构,可动薄膜选用方膜边长为1000μm,厚度为50μm,实现0~2 MPa的压力测量.     

负荷传感器的动态测试

一、负荷传感器的一般测试: 负荷传感器的线性误差、重复性误差及滞后误差是表征传感器质量的三个主要参数。传感器的弹性体上贴有电阻应变片,将这些应变片组成惠斯顿电桥,并在电桥的对角端加上恒定电压。另外,两端接入数字电压表,当传感器受力时,     

弹载角速度测量传感器量程调节电路设计

角速率的精准测量是实现弹药制导化改造的重要手段。针对市面上常见的角速度陀螺仪量程与弹体旋转角速率无法匹配的问题,通过运算放大器对角速度陀螺仪的输出电压进行线性放大以适应性匹配弹体旋转角速率。利用高速飞行仿真转台对设计电路进行试验论证,试验结果表明：设计的传感器量程调节电路正确,在正负满量程测试条件下,角速率测量绝对误差在15°左右,该设计方法具备一定的工程应用价值。