【摘要】：石英振梁加速度計(jì)利用石英的壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)振梁的激勵(lì),相比于硅振梁加速度計(jì)來(lái)說(shuō)不需要額外的激勵(lì)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(hào),便于傳輸與處理。石英振梁加速度計(jì)具有溫度穩(wěn)定性好,耐惡劣環(huán)境,長(zhǎng)期可靠性高,高精度大量程等優(yōu)點(diǎn),特別適用于國(guó)家急需的戰(zhàn)略級(jí)武器慣性導(dǎo)航、石油鉆井、地震監(jiān)測(cè)等高精度應(yīng)用領(lǐng)域。自檢測(cè)功能是微傳感器一項(xiàng)重要的功能,在對(duì)安全要求嚴(yán)苛的許多應(yīng)用領(lǐng)域中,在傳感器運(yùn)行前進(jìn)行自檢是非常有必要的。本文在實(shí)驗(yàn)室已有一體式石英振梁加速度計(jì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有加速度計(jì)的特點(diǎn),利用靜電激勵(lì)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(jì)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(shí),針對(duì)現(xiàn)有加速度計(jì)的缺陷,對(duì)加速度計(jì)的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后的加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)保持不變,能夠模擬出±1g加速度所帶來(lái)的頻率變化。本文首先介紹了石英振梁加速度計(jì)的基本原理,并針對(duì)現(xiàn)有加速度計(jì)的缺陷,結(jié)合鍵合工藝進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,采用理論分析和ANSYS仿真對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。其次,介紹了常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)自檢的方式,對(duì)靜電激勵(lì)的基本原理進(jìn)行了詳細(xì)的解釋,并通過(guò)理論分析和ANSYS仿真確定了靜電極板的尺寸。隨后針對(duì)新結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的加工工藝,設(shè)計(jì)了一種適合此結(jié)構(gòu)的鍵合方式,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該鍵合方式的鍵合強(qiáng)度。通過(guò)阻抗分析儀對(duì)敏感元件的諧振特性進(jìn)行測(cè)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(dá)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(jì)系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)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(diǎn)，的發(fā)展已有五六十年的歷史，經(jīng)歷了從無(wú)到有，發(fā)的階段。近些年來(lái)，微電子技術(shù)和微機(jī)械技了更多的技術(shù)支持和創(chuàng)新，，為我國(guó)慣性技術(shù)的械技術(shù)的結(jié)合，推動(dòng)了微慣性儀表的發(fā)展。與傳簡(jiǎn)單、靈敏度高、耗費(fèi)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(guó)的重視，使得微。常見(jiàn)的微慣性器件包括微加速度計(jì)和微陀螺角加速度，并依此建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系。加速度計(jì)陀螺儀的信號(hào)予以坐標(biāo)變換和積分運(yùn)算，從而速度計(jì)作為微慣性系統(tǒng)中不可或缺的重要組成加速度計(jì)包括電容式微加速度計(jì)、諧振式微加速度計(jì)和隧道電流式微加速度計(jì)等等。

速度計(jì)國(guó)外研究現(xiàn)狀梁加速度計(jì)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(duì)石英振梁加速度計(jì)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(lái)是十分來(lái)之不易的。從一開(kāi)始一開(kāi)始的大體積到后來(lái)的小體積，從一開(kāi)始的低精度率低到后來(lái)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(jì)研究的機(jī)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(gòu)，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(guó)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH824.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林丙濤;周倩;曾小珊;唐光慶;滿欣;周本清;李海;;高靈敏度QVBA限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J];壓電與聲光;2014年04期

2 楊挺;楊貴玉;李慶豐;;石英振梁加速度計(jì)靜態(tài)輸入輸出特性[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2014年03期

3 史杰;周震;姚保寅;馮麗爽;;新型石英振梁加速度計(jì)機(jī)械耦合研究[J];紅外與激光工程;2013年S2期

4 馮麗爽;王文璞;周震;楊功流;;石英振梁加速度計(jì)諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2013年01期

5 陳巍;閆海;楊貴玉;陳圣廣;周建發(fā);向毅;;石英振梁加速度計(jì)微細(xì)加工工藝研究[J];儀表技術(shù)與傳感器;2009年S1期

6 凌靈;陳文元;李凱;姜曉波;;微機(jī)械電容式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)及檢測(cè)技術(shù)研究[J];儀表技術(shù)與傳感器;2008年08期

7 樓夏;金星;金玉豐;李志宏;;基于粘附劑鍵合的圓片級(jí)MEMS塑料封裝技術(shù)[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);2008年02期

8 裴榮;周百令;;高精度石英振梁加速度計(jì)撓性支承設(shè)計(jì)研究[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2006年05期

9 裴榮;周百令;李坤宇;李宏生;;模態(tài)分析在高精度加速度計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2006年04期

10 張東梅,葉枝燦,丁桂甫,汪紅;用于MEMS器件的鍵合工藝研究進(jìn)展[J];電子工藝技術(shù);2005年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 白鳳蕊;新型一體式石英振梁加速度計(jì)研究[D];東南大學(xué);2016年

2 廖波勇;石英振梁加速度計(jì)性能標(biāo)定及誤差補(bǔ)償技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2637965