高低温环境对三轴高g值加速度传感器灵敏度变化影响研究

针对高低温环境对高g值加速度传感器灵敏度影响机理不清的问题,通过建立两端固支的敏感单元数学模型,得到了传感器灵敏度与敏感单元纵向应力、横向应力的关系。通过热-力耦合仿真分析得到了传感器灵敏度与温度间的关系,在-40℃~50℃范围内,传感器灵敏度随温度的增加而减小,且在-40℃~20℃范围内灵敏度变化较快,在20℃~50℃范围内灵敏度变化较慢。通过传感器高低温试验得到高低温环境下传感器灵敏度数据,-40℃条件下灵敏度大小为0.523μV/g;50℃条件下灵敏度大小为0.516μV/g。与仿真结果进行对比,验证了温度变化对传感器灵敏度的影响规律,为提升高g值加速度传感器在高低温环境下测量精度具有理论参考意义。

高g值加速度传感器动态补偿范围研究

针对传感器动态补偿后会放大高频段噪声的问题,提出对高g值加速度传感器动态补偿范围的研究。将高g值加速度传感器采用零极点相消方法进行动态补偿。仿真分析不同频带宽度系统的输出信号与理想输入信号的误差以及输出信号的信噪比。仿真结果表明:信噪比为21 dB时,最佳拓宽频带范围为原工作频带的4~12倍。对动态补偿后的高g值加速度传感器进行动态校准实验。实验结果证明:在最佳拓宽范围内,高g值加速度传感器不仅可以对输入信号无失真传输,同时还可抑制噪声。

高g值加速度传感器激光绝对法冲击校准技术研究

在详细分析反射式激光多普勒原理的基础上,研究了高g值加速度传感器的冲击校准方法。该方法利用Hopkinson杆作为加载手段,利用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值。针对高g值压阻加速度传感器SIMIT-AYZ-60k进行了一系列的校准试验,利用积分运算法和最小二乘法的组合从准动态条件下的校准数据得到了准静态条件下的传感器冲击灵敏度。试验表明,这种方法实现了利用脉宽有限的激励脉冲对固有频率在20 kHz以上的高g值加速度传感器的校准,校准的不确定度可以满足冲击测试的工程需求。

高g值加速度传感器的窄脉冲校准理论与方法

针对高g值加速度传感器动态特性校准中遇到的激励窄脉冲的宽度问题,提出了适用于高g值加速度传感器动态特性的窄脉冲校准准则。该准则给出了对不同谐振频率的高g值加速度传感器的动态特性进行校准时,校准所需的激励窄脉冲的最大脉冲宽度与传感器谐振频率的关系。依据该准则设计了窄脉冲校准系统,并对8309型高g值加速度传感器进行了校准实验。实验结果表明,该准则对于高g值加速度传感器频率响应特性的校准是有效的,按照该准则所定脉宽的脉冲能够激起被较准的高g值加速度传感器的各阶谐振频率。

一种压阻式三轴高g值加速度传感器的冲击校准

介绍了基于Hopkinson杆技术的激光光栅干涉法这种冲击加速度计的绝对校准方法,给出了加速度传感器灵敏度系数的两种标定公式。使用Hopkinson杆在约12000gn的加速度水平下应用上述校准方法对一种三轴压阻式高冲击微型加速度传感器的灵敏度进行了冲击校准。通过对校准结果的分析比较了两种灵敏度标定公式的优缺点,并对传感器的横向响应作了讨论。

高g值加速度传感器的标定

利用Hopkinson压杆装置,采用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行了标定,并给出了加速度传感器灵敏度系数的标定公式。实验结果表明,本文中研制的利用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行标定的实验装置可满足标定的精度要求,而且整个校准系统结构简单,易于操作。

基于梁膜结构的MEMS高g值加速度传感器

为满足高冲击时加速度测量的要求,研制了一种基于梁膜结构的MEMS高g值加速度传感器。内部敏感元件采用对称的十字梁与平膜结合结构,可以有效地降低偏轴影响及横向灵敏度。使用ANSYS软件对芯片结构进行静态分析与模态分析,结果表明其在满量程情况下能安全工作。利用加速度冲击台进行测试,结果表明该加速度传感器可以准确地测量加速度信号,其灵敏度达到1.08 V/g,线性度达到1.163%。该传感器具有体积小,线性度好,精度高的优点。

三轴高g值加速度传感器的横向效应研究

研究了自由落体冲击方法检测高量程三轴高g值加速度传感器的横向效应,即分别在x轴、y轴、z轴作为主轴时,检测三轴压阻传感器其他两个方向感受到的g值大小和方向。实验表明,在Z轴作为横向输出轴时横向效应最大。

基于高冲击台校准的高g值加速度传感器动态建模

对实验室自制58#量程为100000g压阻式加速度传感器进行动态建模,分析其性能。由于准确的原始数据是建模的前提,因此采用自动化程度较高的高冲击台进行动态校准。实验将B&K公司8309压电式加速度传感器作为标准传感器,将标准传感器信号看作输入信号,利用一种特殊白化滤波器的广义最小二乘法(简记GLS(SF))对高g值加速度传感器进行系统辨识。运用MATLAB中Simulink工具箱对模型验证,结果吻合较好,为之后高g值加速度传感器动态建模提供了依据。

高g值加速度校准激励脉冲的横向激光干涉测量方法

为了准确测量高g值加速度传感器校准激励脉冲的幅值和持续时间,研究了基于激光多普勒的加速度脉冲测量方法。在分析激光多普勒原理的基础上,设计了以光栅为合作目标的激光测速仪;针对干涉仪输出的存在零点漂移的多普勒信号,提出了基于多项式拟合和希尔伯特变换的局部均值分解法;利用该方法对实测多普勒信号进行了解算,得到了激励加速度脉冲;分析了由干涉仪及其合作目标引起的加速度脉冲的幅值和脉宽测量不确定度。实测数据表明:该方法在包含因子k=2时幅值测量的扩展不确定度为U=3%,脉宽测量的扩展不确定度为U=4.8%。测量精度符合ISO16063-13(2001)规定的指标。

基于故障树的高g值传感器失效模式分析

为了研究高g值加速度传感器使用时可能出现的失效模式,首先对其组成与结构进行分析,建立了该系统的失效模式故障树。考虑该传感器主要在冲击环境下使用,因此针对冲击环境下可能发生的关键底事件即传感器芯片和外部放大电路进行了有限元仿真。利用ANSYS逐渐增加冲击加速度对关键底事件仿真,最终确定传感器芯片和外部放大电路超过许用应力时的冲击加速度,得出该传感器在高冲击下的三种失效模式:硅梁断裂、焊点脱落、放大器芯片断裂,并提出了改进建议。

一种压阻式高g值传感器的冲击校准的方法研究

介绍了一种高g值冲击加速度传感器灵敏度校准的方法,即基于Hopkinson杆技术的激光多普勒干涉法,该方法能够复现冲击加速度量值,直接溯源于激光波长和时间/频率量,并使用Hopkinson杆对150000g量程的压阻式传感器进行了冲击校准,通过校准证明了该方法的可行性,而且复现方法可靠、稳定。

硬目标侵彻武器高冲击试验和高过载传感器技术国外发展概况

建立硬目标侵彻武器高冲击试验系统,为高冲击环境下侵彻武器系统力学特性研究和性能检测提供科学的试验测试手段,获取弹药侵彻硬目标规律的典型数据,研制可用于侵彻武器炸点控制的高过载传感器是发展硬目标侵彻武器的保障.主要介绍了硬目标侵彻武器高冲击试验和高过载传感器技术国外发展概况.

一种压阻式高g值加速度计的校准方法

详细介绍了一种检测自制高g值加速度传感器的技术。利用Hopkinson杆装置进行检测,对检测数据包括电压U与g值进行线性拟合,根据拟合直线来标定自由落体冲击装置的恢复系数k,达到校准整个自由落体冲击装置的目的。

适用于极端环境的MEMS传感器研究进展

MEMS传感器的优势使其能够在高温、高压、高过载、高旋转、油气、腐蚀等极端环境中使用。分别介绍了适用于油气田深井环境监测的大量程MEMS高温高压传感器、适用于侵彻武器超高加速度测量的MEMS高g值加速度传感器和适用于微型惯性导航集成系统加速度测量的高精度石英谐振加速度传感器。详细论述了3种传感器的应用背景、设计思路和方案、结构优化设计、芯片加工与测试分析。最后对下一步的研究方向进行了展望,可以从芯片结构设计、加工工艺、温度补偿技术和传感器封装工艺等方面进一步提高传感器的性能参数和适用范围,为适用于极端环境的MEMS传感器的研究提供了参考。

封装对MEMS高G值传感器性能的影响

以一种新型高G值MEMS加速度传感器为例进行有限元模拟,将实际封装简化为一种最简单的封装结构,进行频域分析和时域分析,讨论粘结传感器芯片和封装基体的封接材料对其输出信号的影响。频域分析表明,封接材料的杨氏模量对封装后加速度传感器整体的振动模态的影响很大,封接胶的杨氏模量很小时会致使加速度传感器的信号失真,模拟表明可选用杨氏模量足够高的环氧树脂类作高G值传感器的封接材料。时域分析静态模拟表明,封接材料的杨氏模量对最大等效应力、最大正应力以及沿加载垂直方向的正应力的最大值与最小值基本无影响。时域分析动态模拟表明,随着封接材料杨氏模量的提高,动态模拟输出的悬臂梁末端节点位移的波形和经数字滤波后输出的信号变好,封接材料的杨氏模量不影响输出信号的频率和均值,在加速度脉冲幅值输入信号变化时,悬臂梁末端位移平均值输出信号与输入有良好的线性关系。

基于动态校准测量数据的不确定度评定

提出一种基于比较法的自动式高冲击台的高g值加速度传感器动态校准方法,并针对校准环境的复杂性,标准加速度传感器本身具有的误差性,对校准结果的不确定度进行灰色评定。该方法将校准系统看成为灰色系统,先用灰色准则剔除粗大误差,然后利用灰色方法对校准结果的不确定度进行评定,最后与A类不确定度进行比较,验证了灰色评定方法的可靠性。