發(fā)布時間：2021-01-26 16:02

　　高超聲速風(fēng)洞是開展現(xiàn)代空氣動力學(xué)研究最基礎(chǔ)、最重要的地面模擬設(shè)備,廣泛應(yīng)用于航天航空,軍事武器等領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)。而應(yīng)變計是進(jìn)行高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時,用于檢測作用于飛行器模型受力的應(yīng)力天平的核心元件�，F(xiàn)今,隨著高超聲速技術(shù)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的金屬箔式應(yīng)變計因靈敏度低不能滿足需求,需要研制一種具有更高精準(zhǔn)度的應(yīng)變計。擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變計是基于壓阻效應(yīng)而制成的一類傳感器,具有靈敏度高、線性度大、遲滯性低、蠕變性小、體積小和耗電小等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各類機(jī)械量的測試。然而,半導(dǎo)體應(yīng)變計對溫度敏感,制約其在高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。因此,為了充分利用半導(dǎo)體應(yīng)變計優(yōu)異特性,本文進(jìn)行了溫度補(bǔ)償型半導(dǎo)體應(yīng)變計的設(shè)計與驗(yàn)證。（1）通過理論分析,從材料選擇、電阻設(shè)計和壓敏電阻布局三個方面進(jìn)行了溫度補(bǔ)償型半導(dǎo)體應(yīng)變計的設(shè)計;仿真結(jié)果表明,基于硅材料和蛇形布局設(shè)計的溫度補(bǔ)償型應(yīng)變計具有高的靈敏度、高的線性度和良好溫度補(bǔ)償特性。（2）采用先進(jìn)的集成電路工藝完成了對設(shè)計的溫度補(bǔ)償型半導(dǎo)體應(yīng)變計的流片。電阻一致性測試顯示,半導(dǎo)體應(yīng)變計片內(nèi)電阻間相對偏差低于1.24%,具有良好一致性,靈敏度和線性度可分別達(dá)到71和-0.02... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高超聲速風(fēng)洞

第一章緒論1第一章緒論1.1研究工作的背景及意義圖1-1高超聲速風(fēng)洞高超聲速風(fēng)洞是開展現(xiàn)代空氣動力學(xué)研究最基本的地面模擬設(shè)備，廣泛應(yīng)用于航天航空，軍事武器等領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)；通過高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，可獲得高超聲速飛行器的空氣動力特征，預(yù)測飛行性能，有效提高飛行器的研制質(zhì)量和研發(fā)效率[1-2]，圖1-1展示了高超聲速風(fēng)洞。測力實(shí)驗(yàn)是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中最基儲最重要的實(shí)驗(yàn)項目，而風(fēng)洞應(yīng)變天平是一種用于測力實(shí)驗(yàn)的單分量或多分量的傳感器。在高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時，通過應(yīng)變天平能夠準(zhǔn)確獲取飛行器模型所受氣動載荷的大孝方向和作用點(diǎn)，從而獲得飛行器模型的空氣動力學(xué)情況[3]。圖1-2展示了桿式風(fēng)洞應(yīng)變天平。而應(yīng)變計是風(fēng)洞應(yīng)變天平的核心元件，直接粘貼于應(yīng)變天平表面用于間接圖1-2桿式風(fēng)洞應(yīng)變天平

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1-3高超聲速飛行器飛行模擬圖測量作用于應(yīng)變天平敏感元件上力的大小，實(shí)現(xiàn)A/D的轉(zhuǎn)換。應(yīng)變計的性能直接影響著應(yīng)變天平的整體性能，最終影響著高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性�，F(xiàn)今，隨著高超聲速技術(shù)的不斷發(fā)展，對應(yīng)用于應(yīng)變天平上的應(yīng)變計提出更高的要求[4-8]。一方面飛行器模型體積不斷縮小，應(yīng)變天平尺寸相應(yīng)減小，而一桿多分量風(fēng)洞天平往往需要粘貼幾十片應(yīng)變計，粘貼空間有限，這就要求應(yīng)變計具有更小的體積；另一方面，飛行器模型越來越復(fù)雜，對飛行器的微小氣動布局精確測量提出更高要求，這要求應(yīng)變計具有高的靈敏度和精準(zhǔn)度；此外，在高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，為了防止氣體冷凝，需要對氣體進(jìn)行加熱，氣體瞬間溫度可達(dá)到幾百攝氏度，應(yīng)變天平處于快速升溫的氣流環(huán)境中，存在嚴(yán)重的溫度干擾，嚴(yán)重影響應(yīng)變計的精準(zhǔn)度。圖1-3展示了高超聲速飛行器飛行模擬圖。然而，傳統(tǒng)的用于應(yīng)變天平的金屬箔式應(yīng)變計雖可小型化，但具有低的靈敏度，難以測得微小形變；體型半導(dǎo)體應(yīng)變計雖具有高的靈敏度，但體積大，不利于應(yīng)變天平的小型化，尤其高的溫度敏感性，嚴(yán)重制約其在變溫環(huán)境中的應(yīng)用[9-10]。在目前國內(nèi)高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，為了充分利用體型半導(dǎo)體應(yīng)變計的高靈敏度，采用隔熱或冷卻等裝置，來抑制溫度漂移；但這種方法復(fù)雜，不利于天平的小型化，補(bǔ)償效果也不十分理想[11]。因此，當(dāng)前急需研制一種具有體積孝靈敏度高和精準(zhǔn)度高的的溫度補(bǔ)償型應(yīng)變計，以滿足高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的測力需要。這對于我國高超聲速技術(shù)發(fā)展具有重要意義。1.2應(yīng)變天平應(yīng)變計分類應(yīng)變計，亦稱應(yīng)變片[12]，是一種粘貼于被測試件，測量被測試件的應(yīng)力應(yīng)變、壓力、扭矩和加速度等機(jī)械量的傳感器。根據(jù)敏感機(jī)理的不同，目前應(yīng)用于應(yīng)變天

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3001405