减小交叉耦合的三维微加速度计的设计

介绍了一种减小交叉耦合的三维微加速度计的设计,该设计采用全差分电容式结构,X轴和Y轴采用梳齿电容式加速度计,Z轴采用扭摆电容式加速度计,三个轴向各自具有不同的敏感质量块,能够有效减小交叉耦合度。通过公式计算得到三个轴向的机械噪声,X轴为-60μg/Hz,Y轴为-66μg/Hz,Z轴为-53μg/Hz。从计算结果来看,三个维度的噪声系数较低,在电路噪声保证足够小的情况下,该三维微加速度计能够达到较高的精度。最后,采用COMSOL MULTIPHYSICS软件对该结构三个维度进行了模态仿真,仿真结果表明该设计能够有效减小三个维度的交叉耦合度。     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度,设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构;用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系,并以此对结构参数进行了优化设计。理论计算表明,所设计的加速度计灵敏度约为56Hz/g;由有限元仿真分析也得出了相似的结论。     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度，设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构；用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系，并以此对结构参数进行了优化设计。理论计算表明，所设计的加速度计灵敏度约为56Hz/g；由有限元仿真分析也得出了相似的结论。     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度,设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构;用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系,并以此对结构参数进行了优化设计.理论计算表明,所设计的加速度计灵敏度约为56 Hz/g;由有限元仿真分析也得出了相似的结论.     

左右分布式高灵敏硅微谐振加速度计结构设计

提出了一种基于微杠杆原理的左右分布式低交叉耦合、高灵敏度的硅微谐振加速度计结构.该结构采用了一级微杠杆放大机构,左右双音叉谐振器和单质量块布局,实现了力放大和差动频率输出,具有结构简单、易于加工的特点,且两音叉谐振器间相互干扰小.首先,优化了设计参数,并进行了模态分析与谐响应分析.结果表明,左右谐振工作谐振频率分别为149.49 kHz和150.8 kHz,在该工作频率下X方向的最大位移远大于y和Z方向(两个数量级以上),表明工作模态具有优良的抗干扰能力.其次,在1 000g加速度载荷作用下进行了极限过载仿真.仿真结果表明,其最大应力为612.69 MPa,表明具有一定的抗冲击能力.最后,在±50g的设计量程内对结构的灵敏度进行了仿真分析.仿真结果表明,其灵敏度为160.51 Hz/g,验证了该设计的正确性.     

基于SOI的低横向灵敏度压阻式加速度计的设计

提出了一种非同一平面的双弯曲梁的压阻式加速度计,在加速度作用下该结构梁的质心与质量块的质心对齐,从而实现低横向效应。利用SOLIDWORKS软件建立了结构模型,并用Comsol仿真软件和有限元ANSYS仿真软件对其进行静态分析、模态分析和电学性能分析。分析了影响频率和灵敏度的相关参数,对加速度计的结构参数进行了优化。设计了一套版图以及工艺加工方案,采用微电子机械系统(MEMS)标准工艺完成了加速度计的制备。最后进行精密离心机测试,结果表明该结构的加速度计具有较低的横轴灵敏度,其中X轴的横向灵敏度为0.078%,Y轴的横向灵敏度为0.002%,比较高的主轴灵敏度,Z轴灵敏度为0.64 mV/g。     

单片集成的高性能压阻式三轴高g加速度计的设计、制造和测试

设计、制造并测试了一种单片集成的压阻式高性能三轴高g加速度计,量程可达105g.x和y轴单元均采用一种带微梁的三梁-质量块结构,z轴单元采用三梁-双岛结构.与传统的单悬臂梁结构或者悬臂梁-质量块结构相比,这两种结构均同时具有高灵敏度和高谐振频率的优点.采用ANSYS软件进行了结构分析和优化设计.中间结构层主要制作工艺包括压阻集成工艺和双面Deep ICP刻蚀,并与玻璃衬底阳极键合和上层盖板BCB键合形成可以塑封的三层结构,从而提高加速度计的可靠性.封装以后的加速度计采用落杆方法进行测试,三轴灵敏度分别为2.28,2.36和2.52 μV/g,谐振频率分别为309,302和156 kHz.利用东菱冲击试验台,采用比较校准法测得y轴和z轴加速度计的非线性度分别为1.4%和1.8%.     

单片集成的高性能压阻式三轴高g加速度计的设计、制造和测试

设计、制造并测试了一种单片集成的压阻式高性能三轴高g加速度计,量程可达105g.x和y轴单元均采用一种带微梁的三梁-质量块结构,z轴单元采用三梁-双岛结构.与传统的单悬臂梁结构或者悬臂梁-质量块结构相比,这两种结构均同时具有高灵敏度和高谐振频率的优点.采用ANSYS软件进行了结构分析和优化设计.中间结构层主要制作工艺包括压阻集成工艺和双面Deep ICP刻蚀,并与玻璃衬底阳极键合和上层盖板BCB键合形成可以塑封的三层结构,从而提高加速度计的可靠性.封装以后的加速度计采用落杆方法进行测试,三轴灵敏度分别为2.28,2.36和2.52 μV/g,谐振频率分别为309,302和156 kHz.利用东菱冲击试验台,采用比较校准法测得y轴和z轴加速度计的非线性度分别为1.4%和1.8%.     

高灵敏度QVBA限位结构设计研究

石英振梁加速度计(QVBA)具有检测精度高、准数字输出的特点,灵敏度是影响其性能的一个重要指标参数。针对现有石英振梁加速度计灵敏度低的问题,设计了一种高灵敏度石英振梁加速度计。它采用在石英摆片上下位置施加一对限位片,既可对石英摆片的最大位移量进行限制以提高器件的抗冲击性能,又可增加石英摆片振动过程中的阻尼力以提高器件的抗振动性能,降低了加速度计一阶模态谐振频率的限制条件,有效提高了加速度计的灵敏度。最后依据加速度计的结构特点设计出了相应的工艺制作方案,并加工出了差分结构的加速度计样机,经测试其灵敏度为65.74Hz/g,10min零位稳定性为15.8μg。     

激光陀螺捷联惯导系统多位置系统级标定方法

捷联惯导系统的精度受到自身各种误差因素的影响,需在使用之前进行精确地标定和补偿。为了更加有效地标定误差,设计了一种10位置系统级标定的方法。利用简化的误差模型和速度误差变化率方程,建立了所有误差参数与导航误差之间的线性关系。通过设计的10位置连续旋转方案对由各项误差参数引起的速度误差进行充分激励,利用所得数据进行卡尔曼滤波,计算出包括陀螺仪和加速度计的零偏、标度因数误差、安装误差以及加速度计二次项误差等24个误差参数。仿真得到陀螺零偏误差优于0.000 75（）/h,加速度计零偏误差优于g,陀螺和加速度计的安装角误差优于1.5,标度因数误差优于2 ppm（1 ppm=10-6）系统,加速度计二次项误差优于0.1510-6 s2/m。另通过3组实验验证了重复性,证明了该方法确实有效。     

激光增材制造工艺参量对熔覆层残余应力的影响

为了探究工艺参量对激光增材制造熔覆层残余应力影响规律，采用数值模拟及实验验证相结合的方法，取得了激光增材制造熔覆层截面深度方向上沿扫描路径y方向和垂直扫描路径x方向上残余应力的分布规律，并在此基础上进行了不同工艺参量对y方向和x方向应力场影响分析。结果表明，在一定参量范围内，随着熔覆层深度的增加，y方向残余应力均表现为拉应力，呈现先增大后降低趋势，在熔覆层顶部约0.2mm处存在最大拉应力为262MPa；x方向由压应力逐步转变为拉应力，其略小于y方向应力值；随着激光功率的增大，x方向残余应力逐渐增大，y方向残余应力逐渐降低；随着扫描速率的增大，x方向的残余应力将随之减小，而y方向的残余应力将随之增大；随着送粉量的增大，x方向和y方向的残余应力均将随之增大。此研究为降低激光增材制造熔覆层残余应力及工艺参量优化选择提供了指导。     

基于双金属膜片结构的海底地震勘探光纤加速度传感器研究

针对全光海底地震检波器技术的特殊应用需求,设计了一种基于双金属矩形膜片的缠绕式光纤加速度传感器。利用弹性力学理论对光纤加速度传感器的加速度灵敏度和一阶共振频率的特性进行了分析,制作了光纤加速度传感器样品并对其性能进行了测试。结果表明,本文加速度传感器的灵敏度为45dB re∶0dB=1rad/g,一阶共振频率在820Hz左右,与理论分析值很好吻合。在10～400Hz工作带宽中,交叉去敏度约为30dB。测试系统中,使用的相位生成载波(PGC)解调算法的最小相位检测精度为10-5 rad/Hz1/2,因此理论能探测的最小加速度信号为56ng/Hz1/2。由于采用全金属结构,本文类型光纤加速度传感器能够更好地满足海底永久布放检波器的特殊要求。     

用于矢量水听器的压电单晶面剪切模式加速度计设计

面剪切振动模式产生于[011]极化方向zxt-45°切型的压电单晶,因具有高压电系数、高机械品质因数、高柔顺系数和低串扰效应等优点,故面剪切模式成为小尺寸、高灵敏度压电传感器的理想选择,在矢量水听器中有着良好的应用前景。该文通过分析面剪切模式振动原理,推导了面剪切模式压电加速度计的电压灵敏度表达式。利用有限元分析软件构建面剪切加速度计模型,研究结构参数对面剪切压电加速度计电压灵敏度和谐振频率的影响规律,优化结构尺寸,最终仿真得到面剪切加速度计开路电压灵敏度为389.72 mV/g,工作频带为20 Hz~3 kHz,横向灵敏度小于3.45%。研究结果表明,与传统的剪切式加速度计相比,所设计的面剪切式加速度计在质量块质量降低50%的同时,电压灵敏度提高了11.6%,这为降低水听器的平均密度、提升水声探测性能提供了新思路。     

一种硅梁谐振加速度计结构设计与模拟分析

为了提高谐振加速度计的灵敏度以及稳定性，提出一种基于微杠杆力学放大机构的硅梁谐振式加速度计结构，并对其进行了有限元模拟分析。该加速度计由两个静电激励电容检测的硅谐振梁组成差分输出，采用硅深刻蚀以及硅玻璃阳极键合等体硅工艺制作。模拟结果表明新结构提高了加速度计灵敏度，有效改善了交叉灵敏度、线性度、温度稳定性等。     

一种硅梁谐振加速度计结构设计与模拟分析

为了提高谐振加速度计的灵敏度以及稳定性,提出一种基于微杠杆力学放大机构的硅梁谐振式加速度计结构,并对其进行了有限元模拟分析。该加速度计由两个静电激励电容检测的硅谐振梁组成差分输出,采用硅深刻蚀以及硅玻璃阳极键合等体硅工艺制作。模拟结果表明新结构提高了加速度计灵敏度,有效改善了交叉灵敏度、线性度、温度稳定性等。     

基于双悬臂梁结构的光纤加速度传感器

为消除悬臂梁结构加速度传感器由于光纤表面粘贴产生的啁啾现象,增强横向抗干扰能力,提高共振频率,提出了一种基于双悬臂梁结构的光纤加速度传感器。给出了理论分析结果,建立了有限元模型,得到了加速度灵敏度表达式,并且探讨了在共振频率不变的情况下提高加速度灵敏度的方法。实验结果表明,该传感器在6～50 Hz内频响平坦,加速度灵敏度为14pm/g,抗横向干扰能力达20dB,与理论计算较好地吻合。