一种基于低温共烧陶的无引线键合封装

为提高微机电系统(MEMS)加速度计的可靠性,减小因为引线键合断裂造成的传感器失效,该文设计了一种基于低温共烧陶瓷的无引线键合封装。该封装采用阳极键合技术将低温共烧陶瓷基板与芯片连接,同时将电路转接板同步集成。结果表明,该封装结构可减小传感器的封装尺寸,有效提高了MEMS加速度计的可靠性。     

半球谐振子不平衡力的推导及与驻波关系研究

半球谐振陀螺作为一种高精度的陀螺仪,具有良好的学术研究价值及重要的应用价值,是国内外研究的热点。半球谐振子是半球谐振陀螺的核心部件,是一种工作中做四波腹振动的半球壳结构。由于在实际加工过程中存在误差,因此实际的谐振子无法达到理想的轴对称结构,这将导致谐振子在做四波腹振动时产生其他振动,从而对陀螺的精度产生影响。其主要原因是谐振子做四波腹振动时,非轴对称结构将产生非对称的惯性力。为此,该文对谐振子的不平衡力进行了理论推导,给出了半球谐振陀螺不平衡力的理论公式,并通过数值计算给出不平衡力与驻波方位间定量的关系,为分析不平衡质量对陀螺精度的影响提供参考。     

长寿命半球谐振陀螺真空保持技术

半球谐振陀螺是一种高精度长寿命的陀螺仪,具有小型化和轻量化的特点,最长具备连续工作15年的能力。随着半球陀螺的长时间工作,受材料放气和焊缝漏率的影响,真空度的下降对陀螺谐振子的精度影响逐渐增大,又因陀螺轻量化的要求,需要精确计算寿命期间的出气总量,以严格控制吸气剂的用量。该文分析了陀螺在工作过程中的出气类型,从材料放气、焊缝漏率、氢气渗透3个维度建立数学模型,得出工作过程中的出气总量,并建立陀螺流体模型,给出吸气剂的用量和初始工作条件。研究结果表明,对于吸气量大于4.12 Pa·L的半球陀螺,选用St172型吸气剂450 mg,可以满足长寿命工作的要求。本研究为半球谐振陀螺的长寿命真空保持提供理论。     

封装对高量程加速度计响应特性影响的分析

高量程加速度传感器应用在冲击、过载等复杂环境中时,高频谐波对传感器的响应特性有很大影响.为减少高频谐波对传感器响应特性的影响,通过优化封装提高传感器封装体固有频率,可使传感器在冲击、过载条件下稳定地输出.利用自研的尺寸为3 mm×3 mm的高量程加速度传感器芯片,通过建立其封装等效模型,基于有限元仿真分析了封装壳体内腔宽度、盖板厚度和灌封胶用量对传感器封装体固有频率的影响.结果表明:减小封装壳体内腔尺寸或增加封装盖板厚度(0.5～1 mm),可以增加传感器封装体固有频率;灌封胶完全灌满封装壳体可以显著提高封装体固有频率.最后,利用马歇特落锤冲击测试系统验证了仿真分析结果.     

一种新式压/拉一体式Hopkinson杆装置研究

分离式Hopkinson杆装置常用于测量材料动态压缩、拉伸和剪切性能，为了提高装置的高效性和经济性，研究了可以实现材料动态压缩和拉伸的一体式Hopkinson杆装置。首先，通过在Hopkinson压杆装置上增加Y字型前端构件、双侧杆和Y字型后端构件，将撞击产生的压缩波转换为拉伸波加载至试样；其次，通过ABAQUS软件数值仿真，分析各构件的几何构型、尺寸等对加载波形的影响。结果表明：前端Y字型构件分岔角度越大、截面尺寸越小，则因弯曲导致的波形失真的程度越严重，截面尺寸和失真程度成负指数关系；在侧杆截面边长大于10 mm时，侧杆间距对波形的影响较小；后端构件的法兰厚度越大，拉伸加载波的平均幅值越大。最终确定了前端构件的Y型分岔夹角为10°，2根侧杆的间距为60 mm，后端构件的法兰厚度为10 mm，构建了一种兼顾压缩和拉伸的一体式Hopkinson杆装置，并对2种试样分别进行压缩和拉伸加载，验证了此装置的有效性。     

SHTB的拉伸冲击波谱加载方法研究EI北大核心CSCD

为了理解动态变形和塑性流动过程中,加载历史和应变率变化对材料性能的影响,基于直接拉伸式Hopkinson杆原理,使用不同几何形状的反射杆代替凸缘法兰,在加载杆中连续产生多个不同幅值的加载冲击波,使材料在动态变形的过程中应变率阶跃变化。结果表明:(1)该方法可以将加载波的脉宽延长3倍以上,有利于进行低应变率、大变形的材料试验;(2)加载应力波的幅值阶梯变化,使试样在加载过程中应变率发生跳跃变化;(3)通过控制反射杆的长度可以有效控制加载脉冲的间隔,将材料的应变率效应和温度效应解耦,用于揭示不同脉冲幅值作用下试样变形损伤机制。试验证明,基于SHTB原理的拉伸波谱的加载方法可以快速、精准、稳定地实现对试样的连续多次动态加载。     

一种低横向效应的压阻式加速度传感器设计北大核心

为了提高传感器的测试精度、抑制传统传感器的横向效应问题,通过改变压阻排布方式设计了一种低横向效应的压阻式加速度传感器。该传感器采用8电阻十字梁结构,电阻全部对称排布在应力变化的线性区,使传感器在满足高灵敏度的同时消除了横向效应。通过有限元仿真分析得出该传感器的灵敏度为0.297 4μV/g,横向灵敏度为零,对封装后的传感器进行了Hopkinson杆冲击测试,横向灵敏度只占工作轴向灵敏度的1.1%,远小于相同结构尺寸下传统四电阻传感器的20.7%,而工作轴向灵敏度基本相同。实验表明,该传感器具有较高的工作轴向灵敏度和极低的横向灵敏度。     

Hopkinson杆式冲击疲劳试验方法研究EI北大核心CSCD

在民用与国防领域,装备或结构部件常常受到高加载率的重复冲击,即冲击疲劳问题。冲击疲劳试验装置是研究冲击疲劳问题的基础,该研究提出一种分离式Hopkinson杆式冲击疲劳试验方法。首先通过真空系统使撞击弹复位,在加载过程中通过弹性约束对入射杆进行限位,最后利用电动推杆使透射杆和试样复位,以上过程通过PLC控制器控制。这种方法操作简易,能通过在杆上的信号采集实现冲击波的连续实时显示,并能改变撞击体几何构形以产生不同形状(梯形波、三角波或半正弦波)和不同加载率(8×10^(5)~3×10^(6)MPa/s)的冲击加载波,加载频率范围在0~0.5 Hz。最后利用高强钢圆柱试样和含有工艺缺陷的增材制造316L不锈钢三点弯曲试样对试验方法进行了验证,证明该方法有效可靠。     

双向拉伸Hopkinson斜杆加载方法的探索与研究EI北大核心CSCD

为了实现对材料的双轴同步拉伸加载,现已有通过双向电磁脉冲驱动,以及对称双曲杆产生的双向拉伸波的方式,对试样进行双向动态拉伸加载。试图探索一种结构简单,造价低廉,加工难度小的双向拉伸Hopkinson斜杆加载装置。为了理解斜杆对弹性压缩波传播规律的影响,对斜杆撞击进行了ABAQUS有限元仿真计算和理想验证试验分析。结果发现,斜杆夹角在低于60°和高于90°时,方波平台段出现前高后低的情形,导致波形失真,同时在夹角大于105°之后,失真更为严重。还对多轴加载的同步性问题和双轴加载的数据获取进行了讨论和分析。结果表明,加载波的不同步会导致试样上加载阶跃,从而加载应变率阶跃,这会影响率敏感材料的试验准确性。为了验证该装置的有效性,搭建验证装置对双向拉伸杆上的拉伸波形进行试验验证,取得了较好的试验结果。