电容式硅微加速度计变换方程的研究

研究了利用硅簿片为敏感元件的电容式加速度计，加速度计的悬臂梁与惯性质量块是一个整体结构，可以消除元件弹性连接的不完善性，而且极板间隙中空气相对介电常数εr的高稳定性是这种电容式传感器的优点之一。给出了敏感元件的实际弯曲函数，分析了其变换方程及非线性，研究表明，在设计电容式硅微加速度计时，只要间隙调制深度在-0.5- 0.5，加速度计的变换函数基本满足线性，得到的变换方程可以作为合理选择电容式加速度计的电极结构参数的理论依据。     

扭摆式硅微加速度计的研究

扭摆式硅微加速度计量种用于测量运动物体加速度的微型惯性器件,在许多领域都有极其广泛的应用,是当今微米／纳米技术发展的一个主要方向。本文论述了结构组成,分析工作机理,探讨了提高灵敏度的途径,最后给出了制造工艺和测试结果。     

一种电容式硅微机械麦克风的设计与制造

给出了一种电容式硅微机械麦克风的设计和制造方法。该微机械麦克风在单一硅片上制作,麦克风的两个电极由1个3层复合敏感膜和1个带有通气孔的金属铜底板构成,敏感膜与底板之间采用牺牲层技术形成空气问隙。测试结果表明,该硅微机械麦克风适合在工业界推广应用。     

四模态匹配三轴硅微陀螺仪

为了实现单片集成六自由度微惯性测量单元,提出了一种改进的由4个大质量块和4个小质量块组合而成的四方全对称结构的三轴陀螺仪.介绍了该惯性测量元件的结构及工作原理,根据结构参数计算出了详细的性能指标,并进行了面内驱动模态和面内外的敏感模态仿真.为提高各敏感模态的机械灵敏度,提出采用双重静电频率调谐方案,即先对公共质量块施加调谐电压,使驱动模态和航向模态的频差最小;再对小质量块上方的多晶硅电极施加另外的调谐电压,最终使四模态频率偏差小于30 Hz,从而说明该频率调谐方法是有效的.然后,通过分析热弹性阻尼能量耗散机理,对驱动及敏感谐振模态的品质因数进行仿真.结果表明:真空环境不考虑空气阻尼情况下,两种模态的品质因数分别为23 816和19 507.最后,基于表面加工和体加工工艺,设计了高深宽比的加工流程.对该四方对称解耦结构的设计和仿真表明其模态匹配和品质因数性能满足三轴陀螺的设计要求.     

基于单一敏感质量的三轴电容加速度计的设计

设计了一种单一敏感质量的三轴电容加速度计。该器件采用全差分电容的检测方法,满足了灵敏度的设计要求并解决了三轴的交叉耦合问题,其独特的单一敏感质量结构减小了器件的整体尺寸,降低了成本。器件由外延多晶硅工艺实现了18μm的厚度制作,降低了热机械噪声,增大了检测电容,提高了灵敏度、分辨率和可靠性。ANSYS仿真结果表明,器件在3个轴向的灵敏度一致性好,抗干扰,测试结果和理论分析相符。该加速度计结构工艺简单,在消费电子领域有较好的应用前景。     

一种高灵敏度硅压阻式加速度传感器的研究

介绍一种高灵敏度硅压阻式加速度计的工作原理、结构、工艺技术及测定方法;通过分析和实践,得到了能提高速度传感器输出性能的有价值的结论。     

常温下硅微谐振加速度计零偏稳定性的提高

考虑环境温度会影响硅微谐振加速度计(MSRA)的测量精度,本文研究了谐振梁的频率漂移及抑制方法以便提高其在常温下的零偏稳定性。针对结构热膨胀导致的应力进行了建模仿真,并根据仿真结果优化设计了一种低热应力的双端固支梁的结构来降低热膨胀系数不匹配带来的频率漂移。实验测得新结构的单梁谐振频率的温度系数从典型结构的约30Hz/℃降为-1.5Hz/℃,与仿真结果-1.14Hz/℃基本一致。为了进一步提高该加速度计的零偏稳定性,设计了一种高精度测温电路用来补偿温漂,该电路测温灵敏度为96.25mV/℃,测量噪声约为0.000 2℃。实验结果表明,采用优化后的结构结合线性温度补偿的方法,可使该硅微谐振加速度计的1h零偏稳定性在常温下达到10μg以下,比改进前实验室获得的52μg水平提升了80%,满足了高精度加速度测量的要求。     

一种新型的压阻式硅微二维加速度计的设计

以压阻检测技术为基础并结合硅微MEMS加工技术设计了一种二维加速度计微结构,期望利用该新型的结构提高加速度计的灵敏度,实现二维方向的加速度检测.该加速度计采用四个相互垂直的悬臂梁支撑中间有刚硬柱体的结构,通过利用合理布置的压敏电阻构成的惠斯通电桥测量水平面内两个方向的加速度.建立了该结构的数学模型并用有限元分析软件ANSYS对敏感弹性元件进行分析.最后对加工出的加速度计进行了相关的测试.测试结果表明:该加速度计水平面内两个方向的灵敏度高、线形度较好,X向灵敏度为0.755 2 mv/g,线性度为0.999 67,Y向灵敏度为0.683 3 mv/g,线性度为0.999 66.     

一种基于三轴加速度传感器的倾角测量装置

介绍了一种高精度倾角测量装置,该装置使用ADXL335三轴加速度传感器获取姿态信息,经ARM7微处理器计算处理后得到倾角数据并显示在1602液晶屏上。实验验证和比较使用不同计算方法所得结果,分析了造成误差的主要原因,最终采用插值补偿的方法对测量结果进行补偿,使倾斜角测量的绝对误差不大于±0.2°。     

曲面过载保护的新型高g值冲击硅微机械加速度传感器的设计

给出一种测量高g值冲击加速度的硅微机械加速度传感器的结构和动力学模型，此传感器为整体式悬臂梁结构，采用硅微机械加工技术制作，便于封装和大批量低成本制造，其敏感方向在硅片平面内，两个压敏电阻分布在悬臂梁的顶端，两个完全相同的悬壁梁沿相反方向分布，四个压敏电阻构成惠斯通全桥连接，悬臂梁的过载保护采用上下两个曲面，一方面有效地提高悬壁梁的过载保护能力，另一方面调节加速度传感器的压膜阻尼，使之接近临界阻尼，有效抑制自由振动模态，提高测量精度。     

A numerical study of lubricant film behaviour subject to periodic loading

This article aims at presenting a numerical study of the behaviour of fluid film subjected to a periodic squeeze action. Three numerical codes based on JFO theory have been developed and compared. The first code supposes the lubricant compressibility while the two other ones use the remplishment (filling up) notion. The equations from these two versions are discretized by the finite differences method and the finite elements method. The goal is to illustrate the lubricant film behaviour during an inversion phase of the applied dynamic load and rapid speeds change and determine the model and the numeric method able to predict all the hydrodynamic characteristics of a thin lubricant film subjected to periodic loading. The study demonstrates the finite element (FE) code efficiency and the limit of the finite difference (FD) code that supposes the film compressibility. It shows also the effects of the frequency and the average film thickness on the film load-carrying capacity and the rupture.     

基于柔性铰链机构的谐振式微加速度计设计制作

为设计制作高灵敏度、高稳定性的谐振式微加速度计,基于微制作工艺,采用柔性铰链机构和双端固定音叉谐振器设计了微加速度计结构;分别用解析法和有限元方法分析了加速度计的理论灵敏度,同时进行了谐振器结构优化设计;根据检测原理设计制作了测试用电路板,给出了开环谐振频率测试结果以及闭环时加速度测试结果。测试结果表明所设计的谐振式加速度计工作稳定,灵敏度约为55.03Hz/g,分辨力约为182×10-6g。     

小孔法测量残余应力时孔边塑性应变的有限元分析及修正

小孔法测量高残余应力时,小孔周围材料接近于屈服状态,由于产生塑性变形而引入塑性附加应变,使得测量结果产生很大的误差。研究了应变释放系数与主应力之间的双轴比、主应力方向与应变花方向夹角以及应力水平之间的关系,通过有限元数值试验的方法对应变释放系数进行标定,使其包含有塑性附加应变的影响,并利用标定后的应变释放系数对焊接残余应力测量结果进行了修正,得到了较好的结果。     

有限元方法在大高宽比微型齿轮强度分析中的应用

主要讨论了基于有限元方法计算大高宽比微型齿轮强度的方法。该方法从微型机械的实际应用出发，在建立微型齿轮三维实体造型的基础上，确定了计算所需的边界条件和网格划分，应用有限元分析软件对大高宽比微型齿轮的齿根弯曲强度进行分析，为微型齿轮的设计提供了一种方法。     

电磁轴承中电磁场的有限元分析

在分析以往电磁轴承结构设计及计算方法的基础上 ,论述了电磁轴承电磁场的有限元分析方法 ,建立了电磁轴承的有限元模型 ,编制了电磁轴承电磁场有限元分析软件 ,实现了可视化 ,并给出了实例分析结果     

基于APDL与高级语言的齿轮有限元建模方法

ANSYS的图形用户界面工作模式（GUI）不能直接对复杂几何边界实现准确建模,本文采用高级计算语言和ANSYS自带的参数化编程语言APDL相结合的方法进行了齿形有限元几何模型建模研究。对带凸角滚刀切制的齿轮,用高级语言按平面曲线合成方法进行了滚刀上各部分生成的共轭曲线的数值合成,准确地得到了复杂齿廓根部的数据。再将齿廓曲线数据通过参数化编程语言APDL导入ANSYS,实现了磨前滚刀切制的齿轮有限元几何模型精确建模。     

A coupled finite element and meshfree analysis of erosive wear

Erosive wear is a kind of material degradation, which is largely involved in many industries, and caused a series of serious problems and economic loss. Many theoretical models and numerical models have been established to study the erosion phenomena. In this study, a coupled finite element and meshfree model was developed for the simulation and prediction of erosive wear. By utilizing the meshfree technique, the error due to mesh distortion and tangling at impacted area in the finite element analysis could be effectively avoided. The fundamental mechanisms of erosion by solid particle impact were investigated as well. Comparison against the results of analytical erosion models and finite element model are made. It is shown that the predicted results are in agreement with reported results. The present study could be very useful and efficient in studying erosive wear.     

FEM COUPLING FIELD ITERATION AND ITS CONVERGENCE FOR A GMM ACTURATOR

The coupling iteration (CI) of the finite element method(FEM) is used to simulate the magnetic and mechanical characteristics for a GMM actuator. The convergent ability under different prestress and different load types is investigated. Then the calculated deformations are compared with the experimental values. The results convince that the CI of FEM is suitable for the simulation of energy coupling and transformation mechanism of the GMM. At last, the output deformation properties are studied under different input currents, showing that there is a good compromise between good linearity and large strain under the prestress 6 MPa.     

裂解气压缩机T4叶轮的可靠性灵敏度

以百万吨装置用压缩机T 4叶轮作为研究对象,基于有限元软件建立了叶轮的参数化有限元三维模型。选择几个关键几何尺寸作为随机变量,结合人工神经网络技术、随机摄动技术、矩阵微分理论和可靠性理论,以叶轮所受的最大应力不超过材料屈服强度为准则,建立了裂解气压缩机T 4叶轮的可靠性分析模型,并进行了可靠性灵敏度分析。在对各个参数进行无量纲化后,得到各参数对可靠度的灵敏度排序,为工程实际中叶轮的设计提供了理论依据。     

用有限元法设计稀土永磁齿轮传动

介绍了永磁齿轮的传动形式、结构类型以及与普通齿轮传动的异同点。建立了永磁齿轮传动磁场计算和有限元分析的数学模型 ,并开发出了相应的计算软件和前、后处理软件。通过实例对理论工作进行了验证