【摘要】：石英振梁加速度計利用石英的壓電效應(yīng)來實現(xiàn)對振梁的激勵,相比于硅振梁加速度計來說不需要額外的激勵結(jié)構(gòu)。利用諧振梁的力頻效應(yīng),直接輸出數(shù)字頻率信號,便于傳輸與處理。石英振梁加速度計具有溫度穩(wěn)定性好,耐惡劣環(huán)境,長期可靠性高,高精度大量程等優(yōu)點,特別適用于國家急需的戰(zhàn)略級武器慣性導(dǎo)航、石油鉆井、地震監(jiān)測等高精度應(yīng)用領(lǐng)域。自檢測功能是微傳感器一項重要的功能,在對安全要求嚴(yán)苛的許多應(yīng)用領(lǐng)域中,在傳感器運行前進行自檢是非常有必要的。本文在實驗室已有一體式石英振梁加速度計的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有加速度計的特點,利用靜電激勵的基本原理,提出了一種具有自檢功能的一體式石英振梁加速度計的新結(jié)構(gòu),主要由質(zhì)量-撓性結(jié)構(gòu)、振梁、隔離框、安裝框、靜電極板組成。同時,針對現(xiàn)有加速度計的缺陷,對加速度計的關(guān)鍵尺寸進行了優(yōu)化,優(yōu)化后的加速度計標(biāo)度因數(shù)保持不變,能夠模擬出±1g加速度所帶來的頻率變化。本文首先介紹了石英振梁加速度計的基本原理,并針對現(xiàn)有加速度計的缺陷,結(jié)合鍵合工藝進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,采用理論分析和ANSYS仿真對優(yōu)化結(jié)構(gòu)進行驗證。其次,介紹了常見的實現(xiàn)自檢的方式,對靜電激勵的基本原理進行了詳細的解釋,并通過理論分析和ANSYS仿真確定了靜電極板的尺寸。隨后針對新結(jié)構(gòu)的特點設(shè)計了相應(yīng)的加工工藝,設(shè)計了一種適合此結(jié)構(gòu)的鍵合方式,并通過實驗驗證了該鍵合方式的鍵合強度。通過阻抗分析儀對敏感元件的諧振特性進行測試,諧振頻率在56KHz左右,標(biāo)度因數(shù)在50Hz/g左右,封裝后的Q值達到8000以上。最后,配合合適的諧振電路組成了具有自檢功能的一體式石英振梁加速度計系統(tǒng)。經(jīng)測試,該系統(tǒng)的標(biāo)度因數(shù)為50.5Hz/g,零偏穩(wěn)定性為24.38μg。
【圖文】：

必須依賴外界信息，易受外界因素干擾的缺點，的發(fā)展已有五六十年的歷史，經(jīng)歷了從無到有，發(fā)的階段。近些年來，微電子技術(shù)和微機械技了更多的技術(shù)支持和創(chuàng)新，，為我國慣性技術(shù)的械技術(shù)的結(jié)合，推動了微慣性儀表的發(fā)展。與傳簡單、靈敏度高、耗費低、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)應(yīng)用和發(fā)展前景，受到了各國的重視，使得微。常見的微慣性器件包括微加速度計和微陀螺角加速度，并依此建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系。加速度計陀螺儀的信號予以坐標(biāo)變換和積分運算，從而速度計作為微慣性系統(tǒng)中不可或缺的重要組成加速度計包括電容式微加速度計、諧振式微加速度計和隧道電流式微加速度計等等。

速度計國外研究現(xiàn)狀梁加速度計的研究起源于 20 世紀(jì)五六十年代，吸引。直到 20 世紀(jì) 70 年代，對石英振梁加速度計的研究了初步應(yīng)用。到 20 世紀(jì)八九十年代，石英振梁加速產(chǎn)應(yīng)用，這一天的到來是十分來之不易的。從一開始一開始的大體積到后來的小體積，從一開始的低精度率低到后來的批量化生產(chǎn)，都是前人不斷努力累積的舊在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新[8]。梁加速度計研究的機構(gòu)和公司非常之多，其中，比較DC 公司，AlliedSignal 公司，Honeywell 公司以及法C 公司被 AlliedSignal 公司收購，而 AlliedSignal 公司目前該領(lǐng)域內(nèi)最為出名的兩家公司就是美國的 Hon的產(chǎn)品，涵蓋了低、中、高精度，真正把石英振梁
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH824.4

【參考文獻】

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本文編號：2637965