基于接触面优化方法和整体仿真的压缩式压电振动传感器固有频率优化

傅成城，高 成，黄姣英

(1.北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100191；2.北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京 100191)

0 引言

压电传感器具有频响高、体积小、质量轻、频带宽等特点[1]，在航空航天等环境严酷、宽频带测量需求的方面有着广泛应用[2-3]。压电振动传感器的工作频率接近固有频率时，会产生较大的相位和幅度失真，其固有频率决定了工作频率的理论上限[4-5]，所以固有频率的优化是压电振动传感器工作频率设计的基础。压电振动传感器主要有剪切式和压缩式2种结构形式。剪切式能抗基座变形和温度冲击，体积较小，但抗过载冲击能力较差。压缩式抗冲击能力较强，但体积大，工艺、结构复杂[6-8]。本文讨论的是多用于大量程、宽频带条件的压缩式压电振动传感器。

在传感器的设计阶段，无法直接测量固有频率，对于简单结构的压缩振动传感器可以根据简化后的结构、材料特征直接计算固有频率[9]。而近年来随着计算机有限元仿真技术的提升，越来越多的研究开始使用有限元仿真工具来分析传感器固有频率大小，提高了分析速度和质量。例如，文献[10-11]在进行压电传感器设计中，都使用了有限元仿真进行固有频率设计；唐国明等研究了压电传感器固有频率的影响因素[12-15]。

目前有关传感器固有频率的有限元分析仿真，大多使用ANSYS进行，但是ANSYS作为一种通用的有限元分析软件，在针对压缩式压电振动传感器进行仿真时需要进行大量适配工作，直接影响固有频率仿真结果的速度和精确性乃至正确性。……