在現(xiàn)有的諧振式加速度計(jì)中,因具有較小的諧振頻率和較低的靈敏度而無法應(yīng)用于高精度制導(dǎo)和空中姿態(tài)微調(diào)等方面。為此,設(shè)計(jì)出了一種基于納米壓電梁的諧振式加速度計(jì),采用上下雙端音叉諧振器（諧振梁采用直徑為500 nm的氧化鋅）與中心質(zhì)量塊、左右支撐梁對稱分布,實(shí)現(xiàn)了低交叉耦合和高靈敏度輸出。分析并建立該加速度計(jì)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型,在ANSYS WORKBENCH仿真平臺下對其進(jìn)行分析,上下諧振器的諧振頻率分別為2.987 93和2.987 29 MHz,在該諧振頻率下,X方向的位移要比另外Y、Z兩個方向高兩個數(shù)量級以上;在2 000g加速度載荷作用下,該加速度計(jì)最大應(yīng)力為241.46 MPa;在±10g的設(shè)計(jì)量程內(nèi),該結(jié)構(gòu)的靈敏度為1.133 11 kHz/g�；赟OI技術(shù),設(shè)計(jì)納米壓電梁諧振式加速度計(jì)的工藝流程以驗(yàn)證其正確性。 

【文章來源】：電子測量與儀器學(xué)報. 2020,34(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

加速度計(jì)的力學(xué)模型

納米壓電梁諧振式加速度計(jì)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示,核心部件包括上下兩個基于氧化鋅納米壓電梁的雙端音叉諧振器、質(zhì)量塊、固定錨點(diǎn)、兩個支撐梁以及外框。諧振器為單端固定即固定端與錨點(diǎn)相連,另一端與質(zhì)量塊相連。支撐梁兩端分別和質(zhì)量塊、外框相連。Y軸為加速度計(jì)的敏感軸方向,而X軸為雙端音叉的橫向振動方向。在傳統(tǒng)的微機(jī)械諧振式加速度計(jì)基礎(chǔ)上,主要從激勵/檢測方式和改變剛度方式這兩方面進(jìn)行研究改進(jìn)。氧化鋅作為諧振梁的材料具有較高的Q值和壓電特性,所以采用壓電激勵/壓電檢測的方式,并且通過軸向應(yīng)力改變振梁的等效剛度。采用這種改變等效剛度方式的諧振式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)相對簡單,但是DETF與質(zhì)量塊連接在一起,會造成引入的殘余應(yīng)力以及溫度誤差較大。圖3 加速度計(jì)整體結(jié)構(gòu)正面示意圖

圖2 工作原理在本文設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中,通過采取DETF上下對稱分布來實(shí)現(xiàn)差頻檢測,從而有效的降低溫度共模誤差和提高納米壓電梁諧振式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)靈敏度,DETF諧振梁的諧振頻率變化差值作為加速度計(jì)的最終輸出。此外,雙端音叉諧振器采用單端固定的等效剛度[11]可定義為:

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3430959