分布式质量块结构高g值加速度传感器仿真分析

王 鹏,杨雨君,陈曼龙,2,王 楠,2,杨 帆,2,梁应选,2,张昌明,彭春雷,2,韩继科

(1.陕西理工大学机械工程学院,陕西汉中 723001;2.陕西省工业自动化重点实验室,陕西汉中 723001;3.起落架及飞机结构件加工检测陕西省高校工程研究中心,陕西汉中 723001)

0 引言

在冲击碰撞、航空航天等领域中加速度是需要重点监测物理量之一,这些应用中加速度都是瞬间产生且持续时间极短,数值却高达十万g甚至几十万g。因此能够适应特殊环境的高g值加速度传感器日益受到国内外研究人员的关注,成为传感器研究的焦点问题之一[1]。

国外方面,韩国釜山国立大学设计并测试一种4个铰链连接的加速度结构[2],在2 000g的加速度范围内,测量的灵敏度为25.5 μV/g;柏林科技大学研究具有双夹梁传感器结构[3],可测量60 000g内的加速度;日本日立有限公司研制一种新型的具有独特环形梁结构的压阻加速度计[4],采用晶圆级封装工艺,可抗20 000g冲击。国内方面,沈阳工业大学通过质量块上开凹槽的方式[5],设计了一种具有超高过载的加速度传感器,测量灵敏度约为0.21 μV/g,固有频率可达1.025 MHz,过载达6.5倍量程以上;合肥工业大学设计了一种微杠杆结构传感器芯片[6],利用杠杆原理可以放大2倍等效惯性力,量程为2 000g,频率为294 kHz,交叉干扰分别为3.8%和 4.6%;西安交通大学研制了4根微型自支撑梁结构[7],在100 000g的冲击加速度下,测量灵敏度为0.54 μV·g-1·V-1,频率为445 kHz。上述分析可知,在高g值压阻式加速度传感器研究中,测量灵敏度和固有频率是重点,其决定了传感器应用的频率范围和有用信号输出的强弱程度。……