高量程加速度计的力学性能分析

提出一种计算加速度计灵敏度和频率的改进方法。该方法在计算微结构的灵敏度和频率时考虑质量块的变形及梁的质量。得到的结果表明 ,当梁与质量块的厚度比变得较大时 ,梁的上表面的最大拉应力值不再等于最大压应力值。该方法计算得到的频率和忽略质量块变形与梁质量所得到的频率与ANSYS模拟相比 ,偏差由 90 %下降到 15 %。最后进行了静态测试 。

温湿度环境下高量程加速度计可靠性研究

在对高量程加速度计进行温湿度综合环境应力试验的基础上,分析了温湿度环境下加速度计的输出与综合环境的关系。实验得出在相对湿度为(80～90)%F.S环境下,该微加速度计的工作极限温度为110℃,破坏极限温度为120℃;其主要失效模式为粘附。利用综合环境下加速度计的失效寿命,采用两参威布尔分布对其进行可靠性评估,并描绘了其可靠度与失效概率曲线。

高量程加速度计横向各向异性响应的自由落杆冲击评估法（英文）

采用自由落杆冲击法对悬臂梁型高量程加速度计(50000g)的横向响应进行研究。钢杆和铝合金杆作为冲击体与地面上放置的金属钢砧碰撞产生应力波作为激励源,用于表征加速度计的性能,其中加速度计固定在金属杆的顶端。该方法不仅可以测量加速度计敏感轴的灵敏度,同时也可以测试其横向响应。实验表明,加速度计的各向异性响应与加速度计的固有结构和冲击体的直径紧密相关,理论计算与实验结果相一致。

复合封装高量程加速度计参数动态辨识方法

为了实现对复合封装高量程加速度计的频域动态校准,在BP神经网络和粒子群优化算法相结合的基础上,采用惯性权重线性递减、学习因子非线性变化的方法,对加速度计的动态模型进行了系统辨识。数值仿真和实验结果表明,该算法辨识出了加速度计的三阶模态谐振频率(其中最高一阶谐振频率达478.02 kHz),与实验数据FFT计算结果相比较,相对误差均小于5%,且在幅值误差5%和10%内的工作频带相对误差分别为8.59%和6.11%。通过系统辨识得到了较精确的加速度计频域动态参数,有较强的准确性和可靠性。

一种适用于高量程加速度计的标定方法研究

针对传统重力场标定方法的输入激励只能在±1g之间,无法满足高量程加速度计在满量程内标定需求的问题,提出了一种适用于高量程加速度计标定方法。首先,分析了标定原理与误差来源并建立了加速度计误差补偿模型,其次,设计了适用于高量程加速度计的十二位置标定方案并推导出标定参量计算方法,最后,通过精密离心机进行试验验证了标定方案的可行性,并进行数据处理验证标定参量的有效性。结果表明,该标定方法可行有效,相对于传统重力场标定方法补偿精度更高,为工程应用提供了一定的理论依据。

高量程加速度计测试电路板的可靠性分析

测试电路是高量程加速度计的重要组成部分,其抗冲击能力直接影响高量程加速度计的可靠性。在理论分析高量程加速度计测试电路在冲击环境下的失效模式与机理的基础上,运用ANSYS/LS-DYNA对测试电路的抗过载能力进行了模拟仿真。完成了测试电路在0—40 000 g范围内的冲击测试。试验结果发现在19 750 g的冲击下电路失效。并且对电路板的可靠性采用应力—强度干涉模型进行评估。

高量程压阻式加速度计在高温环境下的失效研究

针对高量程压阻式加速度传感器在高温环境下的失效问题,分析了高温对高量程加速度计的影响,得出的失效模式为:高温导致固支梁的翘曲或变形;温度变化引起压敏电阻的变化进而导致传感器输出漂移甚至输出失效;测量电路板在高温下变得扭曲或者导电层的分离。然后,利用ANSYS对固支梁和电路板进行仿真,得出各模块在200℃的温度冲击下结构的动态响应,并通过高温步进应力试验进行验证,得出传感器的工作极限为150℃,破坏极限为160℃。

MEMS高量程压阻加速度计侵彻双层钢靶性能测试

设计一种MEMS高量程压阻加速度计,利用其组成的弹体测试系统进行双层钢靶实弹侵彻试验,并获得完整的侵彻数据。利用Matlab数据处理软件对其进行处理,获得有效的侵彻数据。试验结果表明,弹体在整个发射、侵彻钢靶过程中,测试系统所测数据误差均小于10%,说明设计的MEMS高量程压阻加速度计性能稳定,可完全满足工程化应用要求,为研究双层介质侵彻特性及控制弹体在特定介质层的爆破技术提供参考依据。

高量程MEMS加速度计的热应力仿真与可靠性评估

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大热应力分布在芯片梁与质量块倒角处,其值约为107 N/m2;通过设计的高温加速恒定应力试验验证了加速度计的温度敏感特性,根据试验数据的特征采用三种可靠度评估方法定量外推出高量程MEMS加速度计在规定应力条件下的可靠度指标。研究结果表明,加速性能退化试验和基于退化量的可靠性评估方法适用于高量程MEMS加速度计在温度环境中的可靠性研究,能够利用有限的试验数据获得可信度较高的评估结果。

灌封对高量程微机械加速度计封装的影响

灌封是高量程微机械加速度计实用化的一个关键步骤。文中根据自制的一种压阻式高量程micro electro me chanicalsystem(MEMS)加速度计芯片及一种实用的封装结构 ,对其有限元模型进行模态分析和高g值加速度载荷下的响应分析。封装结构的模态频率随着灌封胶弹性模量的增大而增大。但弹性模量过小时 ,模态频率反而比未灌封时低 ,可能会干扰输出信号。对器件加载 10万g加速度表明 ,器件的模拟输出电压值随着灌封胶弹性模量或密度的增加而缓慢减小。模拟输出电压值与解析解很接近。

灌封胶对高量程微机械加速度计封装的影响

封装是高量程微机械加速度传感器高可靠性的重要保障,而灌封工艺是高量程微机械加速度传感器封装流程中一个非常重要的环节,对实现加速度传感器产业化具有重要的影响。根据一种自制的、量程为XX的压阻式高量程微机械加速度传感器的封装模式,利用有限元分析(FEA)方法建立加速度传感器的封装模型,基于FEA方法分析了灌封热应力及灌封工艺对加速度传感器性能的影响。分析结果表明:灌封胶的热膨胀系数和弹性模量是影响封装热应力的主要因素,而灌封胶的密度与封装热应力无关;灌封胶弹性模量及密度的变化对加速度传感器输出信号的影响很微弱,可以忽略不计。

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。

灌封胶封装对高量程MEMS加速度计动态性能的影响

利用有限元模拟方法,对一种压阻式高量程MEMS加速度计进行了10万g峰值的半正弦加速度脉冲下的响应分析.灌封胶弹性模量的变化对高量程加速度计输出电压信号的影响可以忽略,且模拟输出电压的峰值与解析解接近.应力分析表明,芯片粘结胶、芯片与芯片盖板之间封接胶环的等效应力均随灌封胶弹性模量的增加而减小;弹性模量在4GPa以上的灌封胶适宜用来保护芯片.动态有限元模拟结果与自由落杆测试结果接近.

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。

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,Si C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Si C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Si C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-Si C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。

一种铰链式高量程加速度传感器及其力学性能分析

提出一种铰链式结构的高量程加速度传感器,该结构可使加速度传感器在保持一定灵敏度的情况下大大提高器件固有频率,从而在更宽的频带内真实地反映冲击过程的加速度信号波形。建立简化模型和改进模型分析该加速度计的力学性能,并用ANSYS模拟验证两种模型的计算结果。其中改进模型考虑了质量块的变形以及梁和铰链的质量影响,提高了器件固有频率的计算精度,计算结果更接近于ANSYS分析结果。最后由模拟分析数据得出该加速度计结构参数的优化。

高量程微加速度计的可靠性强化实验及分析

由于微加速度计的可靠性已经成为产品商业化过程中必须解决的一个重要问题,而冲击环境作用下导致微加速度计性能失效是微加速度计经常要面对的主要问题。针对高冲击对微加速度计破坏的影响进行可靠性研究。利用ANSYS有限元仿真进行分析初步得到失效模式和机理,设计并实施了微加速度计在冲击环境下的可靠性强化实验得到在冲击环境下的主要失效模式,并进行了相应分析,通过实验得到数据进行微加速度计的可靠性评估。通过可靠性强化实验进行验证,对微加速度计在冲击环境下的可靠性进行评估,并折算出在冲击影响作用下的平均寿命和可靠寿命以及绘制出其可靠度曲线。

高量程MEMS加速度计灌封后的动态响应

对双悬臂梁高量程MEMS加速度传感器的封装结构进行了1×105g峰值的半正弦加速度冲击载荷下的有限元响应分析。灌封胶弹性模量的变化对加速度计的输出信号(输出电压、悬臂梁的挠度)的影响可以忽略。输出电压曲线的峰值与解析解接近。加速度计的悬臂梁表现为有阻尼下的受迫振动,并表现出悬臂梁的固有频率特性。输出信号的峰值与加速度载荷的峰值均呈很好的线性关系。灌封胶的弹性模量大于4GPa时胶已经足够硬,适宜用于保护芯片。