三质量块 MEMS 三轴电容式加速度计的设计

为解决电容式加速度计灵敏度低,交叉灵敏度高等性能问题,设计了一种新的三质量块MEMS三轴电容式加速度计,该三质量块加速度计能够测量X、Y、Z三个正交轴的外加加速度,单独的横向(X、Y轴)和垂直轴(Z轴)加速度计集成在同一SOI晶片上,并键合在玻璃基板上,实现了低交叉灵敏度和高机械灵敏度.分析并建立加速度计结构的数学模型,并通过COMSOL仿真分析,优化获得了加速度计的结构和尺寸,设计出的该三质量块加速度计的垂直轴方向的位移灵敏度为1.53669 μm/g,水平轴方向的位移灵敏度为6.78 μm/g,交叉灵敏度均小于1％.     

六维加速度的测量研究

通过六轴加速度计或全加速度计组合等方法,能够获取空间运动物体的六维加速度信息。在分析几种典型的六轴加速度计的结构、测量原理的基础上,以电阻应变式六轴加速度计为例,提出以加速度计质量块坐标系为参考坐标系,由已知六个相互线性独立的加速度组成输入矩阵,相应的测量输出值组成输出矩阵,经矩阵运算来获取传感器特性矩阵;并进行了理论分析与论证。结果表明,这种方法能够实现传感器的标定。     

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。     

多梁凹槽高 g 值加速度计的设计与分析

针对目前航空航天、车辆碰撞分析等领域对高 g 值加速度计的迫切需求,设计了一种新型多梁凹槽压阻式加速度计,该 加速度计利用变截面梁作为敏感梁来放大质量块的等效惯性力,并通过辅助梁与背面凹槽的组合有效提高结构刚度,实现了高 灵敏度输出和良好的频宽特性。 建立了加速度计的力学模型,并通过 ANSYS 有限元软件仿真分析,优化获得了加速度计的结 构和尺寸。 利用敏感梁表面路径,分析总结其应力分布规律,确定压敏电阻位置。 仿真实验结果表明,设计出的该加速度计量 程为 150 000 g,灵敏度为 1. 32 μV/ g,固有频率约为 268 kHz。 最后基于 SOI 技术设计了加速度计的工艺流程。     

SOI特种高g值MEMS加速度计设计与分析

基于SOI技术,利用ICP体硅深加工,设计分析了一种新型平面内振动高g值压阻式加速度计。该加速度计包括X轴向与Y轴向单元,采用三梁-扇形质量块平板内振动结构。对称的布局方式,有效的消除了灵敏度的交叉干扰,提高了传感器的测量精度。论文建立了理论模型,并利用ANSYS软件对传感器进行模拟分析与验证,理论与模拟分析结论吻合较好。分析表明,加速度计在X轴向和Y轴向灵敏度分别为1.2μv/g和1.18μv/g;谐振频率分别为479kHz和475kHz。可实现对量程高达25万g加速度的测量。     

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。     

皮秒脉冲实验室推出ps级脉冲校准源

GHz级电子示波器的频率特性测量,因为带宽较宽而不能由一台标准信号发生器覆盖,需要使用多台标准信号发生器分段测量,这并非可取的方法.实际上,采用脉冲法测量电子示波器带宽更为通用和简单,脉冲法借助快速上升边沿的阶跃脉冲作为激励信号,测量电子示波器的显示波形,根据上升时间前后的差值换算成相应带宽.所用公式是带宽=0.35/tr,对于具有平滑下降频率特性的电子示波器和理想阶跃脉冲来说,该公式能够真实表达上升时间(tr)与(-3dB点)带宽的换算关系.由于激励脉冲的上升时间并非理想,测量时要求激励脉冲的上升时间最小比电子示波器的上升时间快3倍.因而,脉冲法对激励源的上升时间和波形质量有严格的要求,能够提供10ps级上升时间的脉冲校准发生器的仪器公司就屈指可数了.2005年底皮秒脉冲实验室(PSPL)公司推出一款4005脉冲校准源,具有5ps的下降时间和良好的脉冲特性,也是目前业界最高水平的ps级脉冲校准源.     

宽带脉冲电流法局部放电检测中的脉冲定量

与传统的脉冲电流法相比,宽带测量方法可以获取更多的局部放电信息,有助于提高测量的灵敏度和抗干扰能力。研究了基于宽带脉冲电流法的局部放电检测中的脉冲定量技术,介绍了脉冲校准器的设计原理,分析了校准脉冲的波形特征和频谱特征,实测了定量的准确性和线性度。同时在局部放电的实际测量中对两种方法进行了对比,证明了两种方法的等效性。     

一种数字式单片加速度传感器的原理与应用

本文首先简单介绍了一种高精度、数字式单片加速度传感器的工作原理;然后阐述了其校准方法及典型应用;重点给出了一种利用纯硬件将脉冲宽度信号转换成模拟电压信号的电路,利用AD转换芯片ICL7106将模拟电压信号转换成数字信号,并利用液晶屏直接显示结果;最后给出了一组实测数据.该加速度计可广泛用于地震监测、汽车安全报警、双轴线倾斜角测量等领域.     

纳米压电梁谐振式加速度计

在现有的谐振式加速度计中,因具有较小的谐振频率和较低的灵敏度而无法应用于高精度制导和空中姿态微调等方 面。 为此,设计出了一种基于纳米压电梁的谐振式加速度计,采用上下双端音叉谐振器(谐振梁采用直径为 500 nm 的氧化锌) 与中心质量块、左右支撑梁对称分布,实现了低交叉耦合和高灵敏度输出。 分析并建立该加速度计结构的数学模型,在 ANSYS WORKBENCH 仿真平台下对其进行分析,上下谐振器的谐振频率分别为 2. 987 93 和 2. 987 29 MHz,在该谐振频率下,X 方向的 位移要比另外 Y、Z 两个方向高两个数量级以上;在 2 000g 加速度载荷作用下,该加速度计最大应力为 241. 46 MPa;在±10g 的设计 量程内,该结构的灵敏度为 1. 133 11 kHz/ g。 基于 SOI 技术,设计纳米压电梁谐振式加速度计的工艺流程以验证其正确性。     

脉冲电场测试系统标定方法

为保证脉冲传感器对脉冲电场测试结果的准确性,必须对其进行标定。针对实验室难以产生几十kV/m的电场环境,提出了基于弱场环境标定低灵敏度脉冲传感器的方法,即利用频谱仪窄带接收特性降低噪声获得传感器输出响应,同时由标准场强仪测得传感器所测环境电场强度(简称场强),通过传递标准法来标定传感器。另对标定环境进行分析得到:当测试频率500 MHz时,宜采用开阔试验场远场区;测试频率500 MHz时,宜采用GHz横电磁波传输室标定传感器。根据提出的标定方法标定了低灵敏度脉冲传感器,得到传感器输出电压值与被测场强的关系,即当传感器测试场强时,终端设备示波器每mV电压值对应约为200 V/m的电场强度。最后通过强场环境标定传感器,标定结果与弱场环境标定结果相差1 dB,验证了弱场环境标定结果的准确性,表明基于弱场环境标定低灵敏度脉冲传感器的方法是合理的。     

ns级脉冲磁场传感器的研制

变电站内存在具有ns级上升沿且幅值较高、频带较宽的快速瞬态电磁脉冲,以辐射和传导的方式干扰保护与控制等二次设备。为了评估变电站内电磁干扰及防护措施对干扰抑制效果的问题,基于法拉第电磁感应定律,研制了一套可用于测量高幅值、宽频带磁脉冲的ns级脉冲磁场传感器,并分析了其基本原理、幅频特性、灵敏度、方波磁场的幅值响应和测量干扰,阐述了其设计原则及应注意的问题。通过模拟电磁脉冲对其标定与测试,结果表明,此传感器的灵敏度为703.42V/T,频带为400kHz～100MHz,满足变电站内瞬态脉冲磁场测量的要求。     

钻井动态激励压滤试验装置动态测试方法研究

本文根据动态激励压滤实验装置的特点,合理选择出测试点并设计了测试系统.选择相应的压电式加速度传感器和电阻式位移传感器进行了标定,然后进行测试模拟.对于每个测点,分别测量不同方向的振动频率、加速度大小、振动幅值.最后分析了测试数据结果,并总结出在测试过程中的注意事项.     

在经典冲击下电动振动台最大加速度值的能力估算分析

本文通过对半正弦典型脉冲的复现,对典型脉冲冲击的能力进行了分析.根据公式法对电动振动台最大冲击加速度值的能力进行了估算,并从中优选出了在特定条件下,电动振动台最佳、最安全的最大加速度值,并在实际工作中得到了证实和应用.     

高转速制导弹药中惯性测量组合的研究

针对现有陀螺仪的量程无法用于高转速制导弹药轴向角速度测量的缺点,提出了一种适合于高转速制导弹药的2陀螺和4加速度计的惯性测量组合配置方案,根据加速度计的输出公式,得出载体质心处的线加速度和角速度的解算公式。最后,以方位误差为基础,对该方案进行了仿真,得到了相应的误差曲线。     

特高压气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压测量用电容传感器的标定

为保证特高压气体绝缘开关设备（gas insulatedswitchgear,GIS）中特快速瞬态过电压（very fast transientovervoltage,VFTO）测量用手孔式电容传感器的准确性,必须对其进行标定。研制了用于电容传感器的标定系统,它由3种不同幅值及波形的脉冲源及相应测量系统组成。其中：低电压陡脉冲源用于校验电容传感器的高频特性;高电压陡脉冲源用于校验传感器在高压下的稳定性;低电压长波尾电源用于校验传感器的低频特性。水电阻分压器及金属膜电阻分压器用于测量3种脉冲源的输出波形,在标定电容分压器前,对电阻分压器的频率特性及线性度特性进行了试验。电容传感器的标定试验结果表明,华北电力大学和清华大学研制的电容传感器均具有良好的频率特性、线性度和稳定性,可以满足特高压GIS设备VFTO测量工作的需要。     

一种压电式球形加速度计的设计与分析

研究一种压电式球形加速度计,基于压电原理将作用在压力传感器上的压力信号转化成电信号,通过数据采集模块采集三维轴线上6个压力传感器的受力数据,然后计算出球体所受的合力,并根据牛顿第二定律解算出球体加速度.给出了球形加速度计的设计原理,建立了球形加速度计在三维空间上的数学模型,分析了球形加速度计的误差模型,并提出了一种基于Kalman滤波的动态数据处理方法.实际测量结果表明,球形加速度计的设计过程简单可行,动态数据处理方法能够有效剔除测量中的野值点.     

功率IGBT模块测试设备脉冲高压参数校准技术研究

为了避免器件温升对参数测量造成影响,"脉冲测试法"被广泛应用于功率IGBT模块的静态和动态参数测试中。该类设备内部单脉冲高压源脉冲宽度为50μs时脉冲的高压幅度可达7 k V以上,如何对该单脉冲高压源进行校准是一个技术难题。研制了脉冲高电压分压器,并使用数据采集单元搭建了脉冲高压参数校准装置,解决了功率IGBT模块测试设备的脉冲高压参数校准难题。通过测量不确定分析和实验验证,综合考虑各测量不确定度分量的影响,在包含因子k为2时,脉冲高压参数校准扩展测量不确定度为1.4%。     

一种用于测量快前沿高压脉冲的电阻分压器

分析了电阻分压器中电感和对地电容对分压器响应特性的影响,在此基础上研制了一种用于测量快前沿高压脉冲的同轴型电阻分压器,介绍了分压器的制作过程,对其进行了方波响应标定,并应用于实验测量中。实验结果表明,该电阻分压器能满足测量要求,可用于幅值10kV左右、ns前沿的短脉冲测量。     

自动测试系统校准过程中测量通道的误差修正

研究了自动测试系统校准过程中测量通道的标定方法.测量通道可分为静态信号测量通道和动态信号测量通道.对静态信号测量通道可利用回归分析的方法建立标准激励和测量误差之间的近似函数关系,以对测量结果进行误差补偿;对动态信号测量通道,应首先分析测量通道的频率响应特性,然后再进行动态误差修正.最后以RACAL3153型信号源直流电压激励通道为例对测量通道的一元线性回归模型进行了验证.结果表明,此方法能明显提高通道的测量精度.