新型后坐加速度开关阵列传感器

分析了国外后坐加速度传感器发展动向。介绍了新型后坐加速度开关阵列传感器的结构、原理、参数选择和性能设计。给出了原理性静态、动态试验结果，以证明新方案的可行性。最后指出了这种新型结构的传感器所具有的特点。     

一种冲击加速度传感器的研究

介绍了一种周边固支圆形膜片硅压阻式冲击加速度计的工作原理和结构。以及硅膜片尺寸与传感器输出的计算关系。冲击加速度传感器的电阻设计,及其器件的制作工艺流程,通过冲击试验,证明了该加速度传感器在高加速度作用下的实用性。     

低频光纤Bragg光栅加速度传感器实验

对低频光纤Bragg光栅加速度传感器的原理进行了分析,对一种基于悬臂梁结构的、4元低频光纤Bragg光栅加速度传感器阵列的加速度灵敏度、线性度以及动态范围等性能参数进行了实验研究。结果表明：这种低频光纤Bragg光栅加速度传感器在实际应用中是可行的,其灵敏度较高,线性度良好,动态范围为88～137dB,在50～200Hz频率范围内具有较平坦的灵敏度频响曲线,但在200Hz以上出现谐振,光纤光栅加速度传感器的频率特性有待于进一步的改进。     

惯性器件设计方法综述

本文对惯性引信及保险提出了新的定义,即感受弹丸或弹头弹道上的过载值或者说空前冲力、爬行力、后座力而作用的引信称之为惯性引信。同样,感受过载值或受前冲力、爬行力、后座力、而解除保险的装置称之为惯性保险。笔者对惯性引信及保险所涉及到的惯性器件如:惯性销,惯性开关,加速度传感器,冲击闭合器等设计方法进行了综合研究,以便为引信设计师在掌握引信设计技术方面提供一定的方便,笔者认为惯性保险及引信的硬件均属惯性器件范畴,其核心结构与加速度传感器结构类同。引信设计人员视具体频响要求不同,可设计成线加速度传感器或开关,振动加速度传感器或开关,冲击加速度传感器或开关,显然,惯性保险及引信所涉及到的惯性器件,完全可用加速度传感器理论加以研究。     

一种电容式高量程微机械加速度计的设计分析

针对特殊场合的高g值加速度测试需求,提出了一种叉齿电容式高量程微机械加速度计的结构形式,采用面内敏感的变面积差动电容变化方式,并针对传感器固有频率、横向效应、量程和加速度灵敏度进行了设计分析。仿真结果表明：该加速度计量程200 000 g,固有频率266.2 kHz,模态分离比大于2.5,0~10 kHz通频带内加速度分辨率优于60 g. 基于硅-玻璃微机械工艺进行了加速度计微结构的流片加工、镜检测试和传感器的初步冲击实验验证。相比已有的高量程微机械加速度计,该设计具有线性度好、横向效应小、加速度灵敏度高和抗高过载能力强等特点。     

新型后谷加速度开关阵列传感器

分析了国外后坐加速度传感发展动向。介绍了新型后坐加速度开关阵列传感器的结构、原理、参数选择和性能设计。给出了原理性静态、动态试验结果，以证明新方案的可行性。最后指出了这种新型结构的传感器所具有的特点。     

高过载三维MEMS加速度传感器敏感芯片设计仿真与优化

为获取硬目标侵彻武器弹体侵彻过程中完整的三轴向加速度信号，研制了三维高冲击过载MEMS压阻式加速度传感器。提出了中心岛硬心质量块E型膜片结构设计方案和独特的三维力敏电阻的布桥方式，并详细阐述了传感器三维加速度测试的工作原理，运用有限元分析软件进行仿真验证，并运用零阶粗优化与一阶梯度寻优相结合的优化算法，对传感器敏感芯片的结构参数进行优化。优化仿真结果表明：传感器敏感芯片的结构强度足够，可承受的瞬态高冲击过载峰值最高可达2×105 g;芯片固有频率可达231 kHz;三轴向加速度浏试力敏电阻布设位置应力应变大，使得传感器有较高的输出灵敏度，理论上的优化仿真分析保证了传感器有可靠的工作性能，最后研制传感器原理样机，进行实验验证。     

刚体运动加速度传感器

对于火炮结构而言，加速度响应量可分为弹性振动加速度和刚体运动加速度。本文的目的是提出一种强冲击刚体运动加速度传感器，以解决火炮尤其是大口径火炮后坐部分后坐刚体运动加速度测量，消除传统测量方法测量信号中出现的结构应力波或弹性波干扰现象。利用电磁感应原理和机械原理，将微型角加速度敏感元件的角量转化为运动物体的线量。敏感元件不固定在运动物体上，完全隔离由于弹性波引起的信号干扰，确保输出量仅为刚体运动加速度信号。它也是其他物体大行程刚体运动加速度测量的理想传感器。     

弹底压力测试技术

压电型压力传感器具有加速度效应,通过对其加速度效应测试的研究有助于弹丸膛内弹底压力数据的处理分析。压力传感器与加速度传感器同时安装在记录仪中,将记录仪安装在马歇特锤上进行了5 100g的冲击实验。对比压力传感器与加速度传感器的响应曲线,压力传感器的低频响应与加速度响应相关系数达到89.7%。采用膛内的加速度响应曲线修正弹底压力后,其峰值与膛底压力峰值相比误差为0.5%。     

聚酰亚胺多模干涉器结构的光学加速度传感器

针对电学原理的加速传感器在大温差、高电磁干扰的环境中的使用受限制,以及二氧化硅等无机材料制作的多模干涉器韧性差、折射率调节困难、尺寸较大等问题,提出了聚酰亚胺波导材料的多模干涉器结构集成光学加速度传感器。在外力作用下多模干涉器的输入/输出光场与干涉区会产生相对位移,导致各模式激励系数发生改变,通过输出场强的变化测得加速度。利用束传播法分析多模干涉结构以及环境温度与波导输出性能关系,以及有限元法分析力学结构对传感器性能的影响,结果表明这种传感器具有加工冗余度高、温度稳定性高和线性度较好等优点。     

高冲击下加速度计需测频率上限研究

为了使爆炸、金属碰撞等高冲击环境中使用的加速度计不会发生谐振,应使其谐振频率足够高,如Endevco公司设计的MEMS硅基压阻式加速度计(7270A-200K)的谐振频率可达1.2 MHz(幅值可达20万G);然而在这些强动载荷作用下,由于这种加速度计的阻尼很低,超量程和加速度计敏感元件的破坏仍时有发生;鉴于高G值冲击测量中输入信号的频率上限常常在100 kHz以上,研究加速度计测量结果的频率响应,从不同方面进行论证给出加速度计需要测量的频率上限,研究结果对开发更可靠的MEMS加速度计具有重要意义。     

遗传算法在传感器优化设计中的应用

结合工艺约束建立传感器性能指标与结构参数之间的数学模型，通过遗传算法在给定的可行域进行全局搜索，使用Matlab进行编程，求解得到优化解，理论分析表明遗传算法能够很好的应用在传感器的优化设计中。     

加速度计的动态特性对无陀螺微惯性测量组合性能影响的研究

本文以压阻式加速度计为例,探讨了其动态特性对无陀螺微惯性测量组合的影响.首先,建立了9个加速度计的无陀螺微惯性测量组合模型,并推导了该模型的导航方程,然后根据加速度计的动态特性改进了其导航方程,最后进行了仿真验证.从仿真结果可以看出,对于相同的加速度计,输入信号的动态特性越强,惯性组合的误差越大.因而选用动态特性好的加速度计有助于提高无陀螺微惯性测量组合的性能.本文为无陀螺微惯性测量组合走向实用化,提供了理论依据.     

炮弹飞行运动状态的全局灵敏度分析

出于外弹道测试或导航控制等需要,常在炮弹上安装各种用于飞行状态测量的装置。由于炮弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰,直接影响弹载测量装置的输出。为了更好地开展试验设计及相关数据处理工作,采用三轴陀螺仪测量炮弹转动角速度、三轴加速度计测量弹丸加速度、磁力计测量炮弹姿态角的方案,以五自由度刚体弹道方程组为基础,采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol’全局灵敏度分析方法,就3种传感器的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明,初始偏航角速率和初始俯仰角速率对陀螺仪沿弹体径向的输出、加速度计沿弹体径向的输出和磁力计轴向输出的影响较大,初速对陀螺仪轴向输出和磁力计沿弹体径向的输出的影响较大,阻力系数对加速度计轴向输出的影响较大。     

高g值高频响微机械加速度计研究

针对侵彻武器测试过程中冲击过载大和频率范围宽的特点,提出了一种微机械电容式加速度计结构,结构中采用分布在整个芯片上的小电容阵列来代替位于中间的单个大电容器.利用ANSYS对加速度计进行了仿真分析,得出加速度计的固有频率超过600 kHz,抗过载能力超过200 000 g,且电容变化量大,灵敏度高.文中还给出了加速度计芯片的加工工艺流程和接口电路.     

d31模式四悬臂梁压电MEMS加速度计

针对高灵敏度无源加速度计的集成制造需求,提出一种d₃₁工作模式下四悬臂梁集成拾振微球的MEMS压电加速度计敏感结构。建立动力学振动和拾振理论模型,并使用COMSOL 5.0软件对传感器件结构进行建模仿真,通过优化确定满足拾振条件的微器件几何尺寸和结构。利用溶胶凝胶方法实现硅基高品质PZT压电薄膜的异质集成制造,使用MEMS工艺制造微器件并完成传感器的集成和组装。测试结果表明：该加速度计的输入加速度与输出电压的关系为V=1.881a-0.033,电压灵敏度在1 152 Hz时达到13.8 mV/g,表现出良好的灵敏度、线性度和抗干扰能力;新方法具有正确性和工艺方法的可行性,为高性能加速度传感器件提供了一种新的技术途径。     

一种新型的MEMS单矢量水听器研究

依据压阻效应原理，利用微电子机械系统( MEMS)制作技术设计并制作出一种新型的水声接收换能器-MEMS单矢量水听器，期望利用敏感材料的压阻效应以及水听器精巧的微结构，实现矢量水听器的低频特性和小型化。通过有限元软件ANSYS对水听器微结构进行了静态仿真，利用MEMS微机械加工工艺制作出水听器微结构并对水听器进行了封装，采用振动台标定和水下驻波场测试相结合的方法完成了水听器的测试。测试结果表明：结合压阻效应原理和MEMS技术制作矢量水听器具有可行性。该水听器不但体积小、质量轻、结构简单，而且具有“8”字型的指向特性，单个水听嚣就能对水下水平面内的声源目标进行定向探测。     

背压式硅压阻压差传感器的研制

根据伺服系统高精度、高可靠性的测量需求,研制一种背压式硅压阻压差传感器.传感器基于硅的压阻效应,与目前硅压阻压差传感器使用薄膜隔离式敏感芯体不同,其感压芯片的背部直接接触被测介质感受压力,避免了硅油介质传递压力.因此,敏感芯体结构简单可靠,提高了传感器长期承压的可靠性.介绍背压式硅压阻压差传感器的原理及设计与实现,主要包括芯体设计、电路设计、结构设计等.传感器通过性能试验以及环境适应性试验的考核,并在伺服系统上进行相关试验,结果证明能够满足伺服系统使用要求.