具有自检功能的一体式石英振梁加速度计研究

发布时间：2020-04-23 17:23

【摘要】：石英振梁加速度计利用石英的压电效应来实现对振梁的激励,相比于硅振梁加速度计来说不需要额外的激励结构。利用谐振梁的力频效应,直接输出数字频率信号,便于传输与处理。石英振梁加速度计具有温度稳定性好,耐恶劣环境,长期可靠性高,高精度大量程等优点,特别适用于国家急需的战略级武器惯性导航、石油钻井、地震监测等高精度应用领域。自检测功能是微传感器一项重要的功能,在对安全要求严苛的许多应用领域中,在传感器运行前进行自检是非常有必要的。本文在实验室已有一体式石英振梁加速度计的基础上,结合现有加速度计的特点,利用静电激励的基本原理,提出了一种具有自检功能的一体式石英振梁加速度计的新结构,主要由质量-挠性结构、振梁、隔离框、安装框、静电极板组成。同时,针对现有加速度计的缺陷,对加速度计的关键尺寸进行了优化,优化后的加速度计标度因数保持不变,能够模拟出±1g加速度所带来的频率变化。本文首先介绍了石英振梁加速度计的基本原理,并针对现有加速度计的缺陷,结合键合工艺进行结构优化,采用理论分析和ANSYS仿真对优化结构进行验证。其次,介绍了常见的实现自检的方式,对静电激励的基本原理进行了详细的解释,并通过理论分析和ANSYS仿真确定了静电极板的尺寸。随后针对新结构的特点设计了相应的加工工艺,设计了一种适合此结构的键合方式,并通过实验验证了该键合方式的键合强度。通过阻抗分析仪对敏感元件的谐振特性进行测试,谐振频率在56KHz左右,标度因数在50Hz/g左右,封装后的Q值达到8000以上。最后,配合合适的谐振电路组成了具有自检功能的一体式石英振梁加速度计系统。经测试,该系统的标度因数为50.5Hz/g,零偏稳定性为24.38μg。
【图文】：

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必须依赖外界信息，易受外界因素干扰的缺点，的发展已有五六十年的历史，经历了从无到有，发的阶段。近些年来，微电子技术和微机械技了更多的技术支持和创新，，为我国惯性技术的械技术的结合，推动了微惯性仪表的发展。与传简单、灵敏度高、耗费低、易于批量生产等优应用和发展前景，受到了各国的重视，使得微。常见的微惯性器件包括微加速度计和微陀螺角加速度，并依此建立基准坐标系。加速度计陀螺仪的信号予以坐标变换和积分运算，从而速度计作为微惯性系统中不可或缺的重要组成加速度计包括电容式微加速度计、谐振式微加速度计和隧道电流式微加速度计等等。

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速度计国外研究现状梁加速度计的研究起源于 20 世纪五六十年代，吸引。直到 20 世纪 70 年代，对石英振梁加速度计的研究了初步应用。到 20 世纪八九十年代，石英振梁加速产应用，这一天的到来是十分来之不易的。从一开始一开始的大体积到后来的小体积，从一开始的低精度率低到后来的批量化生产，都是前人不断努力累积的旧在不断地发展和创新[8]。梁加速度计研究的机构和公司非常之多，其中，比较DC 公司，AlliedSignal 公司，Honeywell 公司以及法C 公司被 AlliedSignal 公司收购，而 AlliedSignal 公司目前该领域内最为出名的两家公司就是美国的 Hon的产品，涵盖了低、中、高精度，真正把石英振梁
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH824.4

【参考文献】