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...     

一种高冲击MEMS加速度传感器的仿真与优化

基于高冲击MEMS加速度传感器的冲击灵敏度、频率响应与敏感芯片的结构尺寸存在相互制约关系,提出在满足传感器结构强度和固有频率条件下,提高传感器冲击灵敏度的理论分析、仿真模拟与实验验证的方法;运用ANSYS软件对敏感芯片的弹性膜片厚度与中心岛厚度进行多次设计与仿真,通过多组仿真数据对传感器的结构尺寸进行优化;高冲击实验验证表明,优化的传感器结构尺寸、性能指标能够满足设计要求,冲击灵敏度较高.     

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.     

高过载低量程测试传感器的选择比较

在动态测试领域传感器高过载低量程一直是未能彻底解决的问题。本文在简单论述MEMS传感器原理的基础上,比较了MEMS传感器和传统工艺的压电传感器的特点,并进行了两类传感器在高过载低量程测量中的应用比较,得到了MEMS传感器能够较好完成高过载低量程测量要求的结论。     

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.     

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。     

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。     

MEMS高g加速度传感器封装热应力的研究

封装热应力是导致MEMS器件失效的主要原因之一,本文设计了一种MEMS高g加速度传感器,并仿真研究了传感器在封装过程中的热应力及影响其大小的因素。根据封装工艺,建立设计的高g加速度传感器封装的有限元模型,利用AN-SYS软件仿真传感器在不同的贴片工艺中受到的热应力及影响热应力的因素。结果显示,在封装中,与直接贴片到管壳底部相比,MEMS高g加速度传感器芯片底面键合高硼硅玻璃后再贴片到管壳底部时,封装热应力可从135MPa降低到33MPa;在贴片工艺中,基板的热膨胀系数和贴片胶的弹性模量、热膨胀系数及厚度是影响封装热应力的主要因素;在健合工艺中,基板和键合温度主要影响到热应力的大小。     

冲击应力下高g加速度传感器的加速寿命评估

由于高g加速度传感器在航空、航天、国防等领域的广泛应用,其可靠性成为MEMS器件商业化过程中一个重要问题。本文针对快速准确的评估高g加速度传感器的寿命这一问题,提出了冲击应力下高g加速度传感器的加速寿命评估方法。通过分析冲击载荷作用于加速度传感器时产生的应力波及故障树分析法,确定高g加速度传感器的主要失效模式和敏感环境应力;采用恒定冲击应力试验得到高g加速度传感器的失效次数;选择正态分布和Weibull分布理论验证加速试验过程失效机理的一致性;利用逆幂律模型建立高g加速度传感器的可靠度评估模型,并外推出高g加速度传感器在规定应力下的可靠度函数。实践表明,该方法简捷、正确可行,为高g加速度传感器在实际应用中提供了重要的参考依据。     

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117 395.95gn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％.     

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.     

基于有限元法的MEMS加速度计热应力分析

残余应力对MEMS器件的力学性能、可靠性和寿命都有较大的影响.基于MEMS电容式加速度计,采用热结构耦合场分析方法,对热应力的影响进行了仿真分析,并和实验结果进行比较.结果表明热应力不是影响器件性能的主要因素,而仿真模型中未考虑到的一些物理因素和工艺误差则可能是主要因素.针对课题组加速度计的制备过程从工艺的角度提出了相应的改进措施,为加速度计温度补偿模型的完善以及改版设计提供参考.     

飞行器用高精度小量程石英微加速度计研究

为满足对振动环境下10 Hz以下低频小量程加速度信号的高精度测量需求,提出了一种基于石英微工艺的新型窄带宽MEMS加速度计,其敏感元件采用变间距式差分电容梳齿结构。采用有限元分析手段,对敏感元件质量块尺寸、梳齿长度、U型梁刚度、盖板结构、阻尼和带宽等参数进行了综合优化设计。敏感元件采用石英晶片经湿法腐蚀体工艺制作,加速度计样机经过了实际性能测试和环境适应性试验,带宽为8.9 Hz,非线性度约为0.7%,可以满足飞行器小量程低频加速度参数的测量需求。     

一种MEMS加速度计温度模型辨识及温度补偿方法

对MEMS加速度计的温度模型与其倾角的相关性进行分析,提出了一种无需精确控制加速度计位置,借助普通恒温箱即可完成的温度模型辨识方法,并根据辨识结果设计温度补偿软件方案.实验结果表明,温度补偿可使加速度计测量输出的稳定性提高一个数量级,补偿效果明显,模型辨识方法有效.将温度模型用于某小型无人机航姿测量系统中,缩短了系统启...     

Error Analysis and Stochastic Modeling of Low-cost MEMS Accelerometer

This paper presents the error analysis and stochastic modeling of commercial low-cost MEMS Accelerometer. Although Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) based sensors have been utilized for the development of low-cost integrated navigation systems on the benefits of low inherent cost, small size, low power consumption, and solid reliability, it is significantly important to characterize the error behaviors of MEMS-based sensors and to construct more sophisticated mathematical modeling methods. The errors of MEMS-based accelerometer have been identified into deterministic and stochastic error sources and the stochastic error part was the focus to be discussed in this paper using discrete parameter models of stationary random process. Appropriate Autoregressive (AR) models have been analyzed which can be used to help the development of appropriate optimal algorithm for multiple sensor integration.     

用于高冲击检测硅基三轴集成压阻式MEMS加速度芯片的建模与仿真

主要讨论硅基单芯片集成的三轴压阻式MEMS加速度计芯片的建模与仿真.通过有限元软件ANSYS建立的结构模型可以较好的理解和分析所要设计的加速度芯片在承受任意不同轴向加速度所产生惯性力时的静态表现.利用有限元软件ANSYS我们详细分析了各个悬臂梁在承受不同轴向惯性力时的应力变化,确定出敏感电阻的位置.通过LS-DYNA软件对所设计的加速度计芯片进行了不同方向撞击刚性墙时的器件受分析,分析结果表明所设计的结构在理论上是可行的.