發(fā)布時(shí)間：2020-07-31 17:37

【摘要】：溫度對(duì)加速度計(jì)輸出穩(wěn)定性的影響非常顯著,尤其在高精度加速度計(jì)中更為明顯而且很難甚至無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)償,從而很多時(shí)候加速度計(jì)的溫變特性往往成為加速度計(jì)是否合格的關(guān)鍵因素。這是因?yàn)橐环矫婕铀俣扔?jì)本身的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、零部件熱膨脹系數(shù)差距較大;另一方面加速度計(jì)是非常精密的電子產(chǎn)品,測(cè)量精度非常高,輸出對(duì)外界溫度變化非常敏感。溫變特性是加速度計(jì)整個(gè)研制過(guò)程中面臨的難題,研究溫度變化對(duì)加速度計(jì)輸出的影響規(guī)律具有重要的理論意義和工程實(shí)踐價(jià)值。本文針對(duì)某加速度計(jì)在溫度變化環(huán)境下輸出不重復(fù)且穩(wěn)定性差的現(xiàn)象,對(duì)加速度計(jì)的溫變機(jī)理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了相關(guān)研究,主要工作如下:(1)詳細(xì)的闡述了加速度計(jì)的工作原理以及它的現(xiàn)狀與目前面臨的問(wèn)題;對(duì)加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剖析;從結(jié)構(gòu)與材料出發(fā),詳細(xì)的描述了加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)特性與材料特性,找出了影響加速度計(jì)溫變特性兩個(gè)主要的原因。(2)在有限元分析軟件中建立了加速度計(jì)準(zhǔn)確的有限元模型,并且詳細(xì)的介紹了加速度計(jì)的仿真流程和仿真結(jié)果的處理;然后分別從加速度計(jì)的材料特性與結(jié)構(gòu)特性兩方面展開(kāi)了對(duì)加速度計(jì)輸出不穩(wěn)定的有限元仿真,較為準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn)了實(shí)測(cè)過(guò)程中的現(xiàn)象;最后基于仿真結(jié)果,考慮加速度計(jì)結(jié)構(gòu)的特殊性,對(duì)加速度計(jì)中高比重合金的高度和角度分別進(jìn)行了優(yōu)化,并詳細(xì)的列出了高比重合金的高度和角度對(duì)加速度計(jì)輸出的影響趨勢(shì),最后基于加速度計(jì)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(jì)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(jì)輸出不穩(wěn)定現(xiàn)象之間的關(guān)系;推導(dǎo)得到了加速度計(jì)中高分子材料本構(gòu)模型的有限元離散表達(dá)式,并且基于ABAQUS二次開(kāi)發(fā)技術(shù)編寫(xiě)了 UMAT子程序,為加速度計(jì)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(jì)中關(guān)鍵材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合加速度計(jì)的實(shí)際情況,對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行了高分子材料仿真分析,得到的結(jié)果與加速度計(jì)的實(shí)測(cè)值較為符合。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH824.4
【圖文】：

反饋電流逡逑圖２－１加速度計(jì)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(jì)的簡(jiǎn)化框圖如圖２－２逡逑所示，圖中省略了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)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(jì)簡(jiǎn)化框圖［２］逡逑圖中，ａｍ為輸入加速度，尺５為擺性，Ａ：為測(cè)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(jiǎn)化框圖中逡逑0、Ｍ、ｄ、Ｃ、ｆ／ｔ、ｔ／、／分別為加速度、力矩、測(cè)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(jì)輸出電流等物理參數(shù)，ＡＭ、／？、ＡＣ逡逑為參數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的微量干擾輸入。逡逑當(dāng)加速度輸入為《，？時(shí)，由圖２．２可推導(dǎo)出加速度計(jì)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＜?jí)狠敵鲥义戏答侂娏麇义蠄D２－１加速度計(jì)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(jì)的簡(jiǎn)化框圖如圖２－２逡逑所示，圖中省略了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)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(jì)簡(jiǎn)化框圖［２］逡逑圖中，ａｍ為輸入加速度，尺５為擺性，Ａ：為測(cè)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(jiǎn)化框圖中逡逑0、Ｍ、ｄ、Ｃ、ｆ／ｔ、ｔ／、／分別為加速度、力矩、測(cè)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(jì)輸出電流等物理參數(shù)，ＡＭ、／？、ＡＣ逡逑為參數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的微量干擾輸入。逡逑當(dāng)加速度輸入為《，？時(shí)，由圖２．２可推導(dǎo)出加速度計(jì)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(jì)的結(jié)構(gòu)特性逡逑加速度計(jì)由外殼、測(cè)量組件、電容組件、磁場(chǎng)組件、信號(hào)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(jì)的三維模型圖［２）逡逑其中測(cè)量組件是撓性加速度計(jì)中的核心組件，它由感應(yīng)器、高比重合金、輕逡逑質(zhì)合金、高分子材料以及樹(shù)脂膠粘劑組成，感應(yīng)器是測(cè)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(jìn)行加工。逡逑感應(yīng)器由可動(dòng)部分與固定部分組成，當(dāng)高比重合金感應(yīng)到加速度時(shí)，由于感逡逑應(yīng)器兩端力矩大小不同，從而使可動(dòng)部分發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)器與電容組件一起組成逡逑差分電容器，當(dāng)可動(dòng)組件發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，差分電容器就會(huì)有輸出，根據(jù)可動(dòng)組件轉(zhuǎn)動(dòng)逡逑的角度可以測(cè)量出輸入加速度的大小。逡逑上面詳細(xì)介紹了加速度計(jì)中關(guān)鍵零組件的結(jié)構(gòu)。零組件需要通過(guò)裝配結(jié)合成逡逑一個(gè)整體才能發(fā)揮作用

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2776786