【摘要】：溫度對加速度計輸出穩(wěn)定性的影響非常顯著,尤其在高精度加速度計中更為明顯而且很難甚至無法進行補償,從而很多時候加速度計的溫變特性往往成為加速度計是否合格的關(guān)鍵因素。這是因為一方面加速度計本身的結(jié)構(gòu)比較復雜、零部件熱膨脹系數(shù)差距較大;另一方面加速度計是非常精密的電子產(chǎn)品,測量精度非常高,輸出對外界溫度變化非常敏感。溫變特性是加速度計整個研制過程中面臨的難題,研究溫度變化對加速度計輸出的影響規(guī)律具有重要的理論意義和工程實踐價值。本文針對某加速度計在溫度變化環(huán)境下輸出不重復且穩(wěn)定性差的現(xiàn)象,對加速度計的溫變機理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行了相關(guān)研究,主要工作如下:(1)詳細的闡述了加速度計的工作原理以及它的現(xiàn)狀與目前面臨的問題;對加速度計的結(jié)構(gòu)進行了剖析;從結(jié)構(gòu)與材料出發(fā),詳細的描述了加速度計的結(jié)構(gòu)特性與材料特性,找出了影響加速度計溫變特性兩個主要的原因。(2)在有限元分析軟件中建立了加速度計準確的有限元模型,并且詳細的介紹了加速度計的仿真流程和仿真結(jié)果的處理;然后分別從加速度計的材料特性與結(jié)構(gòu)特性兩方面展開了對加速度計輸出不穩(wěn)定的有限元仿真,較為準確的復現(xiàn)了實測過程中的現(xiàn)象;最后基于仿真結(jié)果,考慮加速度計結(jié)構(gòu)的特殊性,對加速度計中高比重合金的高度和角度分別進行了優(yōu)化,并詳細的列出了高比重合金的高度和角度對加速度計輸出的影響趨勢,最后基于加速度計的結(jié)構(gòu)的可更改性,得出了修改高比重合金角度是優(yōu)化加速度計溫變性能的比較好的方法。(3)基于高分子材料理論,解釋了高分子材料的本質(zhì)屬性與加速度計輸出不穩(wěn)定現(xiàn)象之間的關(guān)系;推導得到了加速度計中高分子材料本構(gòu)模型的有限元離散表達式,并且基于ABAQUS二次開發(fā)技術(shù)編寫了 UMAT子程序,為加速度計的高分子材料仿真分析提供了理論依據(jù);最后基于加速度計中關(guān)鍵材料的實驗結(jié)果,結(jié)合加速度計的實際情況,對加速度計進行了高分子材料仿真分析,得到的結(jié)果與加速度計的實測值較為符合。
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH824.4
【圖文】：

反饋電流逡逑圖２－１加速度計工作原理圖［２］逡逑忽略零件加工、裝配幾何誤差，根據(jù)圖２－１建立加速度計的簡化框圖如圖２－２逡逑所示，圖中省略了補償網(wǎng)絡部分。逡逑ＡＭ邐ｐ邐ＡＣ逡逑Ｕｍ邐￣ｖ＾邋Ｋｏ邐Ｋｓ邋Ｋｖ邋ｈ＾ｉ邋ｋｒ逡逑邐邐逡逑圖２－２加速度計簡化框圖［２］逡逑圖中，ａｍ為輸入加速度，尺５為擺性，Ａ：為測量組件的角剛度，為電容傳逡逑感器傳遞系數(shù)，＆為傳感器電橋傳遞系數(shù)為放大電路及ＰＩＤ校正環(huán)節(jié)總放逡逑大系數(shù)，Ａ為采樣電阻，將表示為電阻系數(shù)，為力矩器系數(shù)，在簡化框圖中逡逑0、Ｍ、ｄ、Ｃ、ｆ／ｔ、ｔ／、／分別為加速度、力矩、測量組件轉(zhuǎn)角、輸出電容、傳逡逑感器電橋輸出電壓、放大器輸出電壓、加速度計輸出電流等物理參數(shù)，ＡＭ、／？、ＡＣ逡逑為參數(shù)轉(zhuǎn)換過程中的微量干擾輸入。逡逑當加速度輸入為《，？時，由圖２．２可推導出加速度計的靜態(tài)電流／輸出為逡逑｜邋［邋（ａｉｎＫＢ邋＋邐＋邋ＡＣ｝邋ＫｓＫｖＫｒ逡逑／邋＝邋１Ｌ邐＾＿＿ｊ邐Ｊ邐＝邋＿＿ｋｂｋ０ｋｓｋｖｋｒ逡逑＼＾ＫｅＫｓＫｕＫＲＫ，邐Ｋ邋＋邋ＫｅＫｓＫｕＫＲＫ，逡逑１ｎｃ）逡逑ａ0ｕ

ｈ邋擬電逡逑＜壓輸出逡逑反饋電流逡逑圖２－１加速度計工作原理圖［２］逡逑忽略零件加工、裝配幾何誤差，根據(jù)圖２－１建立加速度計的簡化框圖如圖２－２逡逑所示，圖中省略了補償網(wǎng)絡部分。逡逑ＡＭ邐ｐ邐ＡＣ逡逑Ｕｍ邐￣ｖ＾邋Ｋｏ邐Ｋｓ邋Ｋｖ邋ｈ＾ｉ邋ｋｒ逡逑邐邐逡逑圖２－２加速度計簡化框圖［２］逡逑圖中，ａｍ為輸入加速度，尺５為擺性，Ａ：為測量組件的角剛度，為電容傳逡逑感器傳遞系數(shù)，＆為傳感器電橋傳遞系數(shù)為放大電路及ＰＩＤ校正環(huán)節(jié)總放逡逑大系數(shù)，Ａ為采樣電阻，將表示為電阻系數(shù)，為力矩器系數(shù)，在簡化框圖中逡逑0、Ｍ、ｄ、Ｃ、ｆ／ｔ、ｔ／、／分別為加速度、力矩、測量組件轉(zhuǎn)角、輸出電容、傳逡逑感器電橋輸出電壓、放大器輸出電壓、加速度計輸出電流等物理參數(shù)，ＡＭ、／？、ＡＣ逡逑為參數(shù)轉(zhuǎn)換過程中的微量干擾輸入。逡逑當加速度輸入為《，？時，由圖２．２可推導出加速度計的靜態(tài)電流／輸出為逡逑｜邋［邋（ａｉｎＫＢ邋＋邐＋邋ＡＣ｝邋ＫｓＫｖＫｒ逡逑／邋＝邋１Ｌ邐＾＿＿ｊ邐Ｊ邐＝邋＿＿ｋｂｋ０ｋｓｋｖｋｒ逡逑＼＾ＫｅＫｓＫｕＫＲＫ

２．４加速度計的結(jié)構(gòu)特性逡逑加速度計由外殼、測量組件、電容組件、磁場組件、信號處理電路組成，如逡逑圖２－３所示。逡逑邐邋邐邋｜球面碟贊逡逑，邐｜邐＿板逡逑裝配體示意圖邋｜邋Ｍ鋼體｜逡逑ｗ逡逑圖２－３加速度計的三維模型圖［２）逡逑其中測量組件是撓性加速度計中的核心組件，它由感應器、高比重合金、輕逡逑質(zhì)合金、高分子材料以及樹脂膠粘劑組成，感應器是測量組件中的核心部件，以逡逑硅為主要材料，利用干法刻蝕、濕法腐蝕、等ＭＥＭＳ制造工藝進行加工。逡逑感應器由可動部分與固定部分組成，當高比重合金感應到加速度時，由于感逡逑應器兩端力矩大小不同，從而使可動部分發(fā)生轉(zhuǎn)動，感應器與電容組件一起組成逡逑差分電容器，當可動組件發(fā)生轉(zhuǎn)動，差分電容器就會有輸出，根據(jù)可動組件轉(zhuǎn)動逡逑的角度可以測量出輸入加速度的大小。逡逑上面詳細介紹了加速度計中關(guān)鍵零組件的結(jié)構(gòu)。零組件需要通過裝配結(jié)合成逡逑一個整體才能發(fā)揮作用

【參考文獻】

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本文編號：2776786