电容式加速度传感器温度特性与补偿方法研究

发布时间：2023-07-25 05:39

　　强震观测台网中,强震仪的拾震器都是采用的电容式加速度传感器,它具备着着动态范围大、精度高、线性度好等优点。但是由于我国幅员辽阔,南北纬度跨越近50度,导致各地气候与温度相差十分剧烈,且不同季节之间温度变化也异常显著。这使得电容式加速度传感器在实际使用过程中,非常容易受到温度的影响。为此,本课题对于电容式加速度传感器的温度特性与补偿方法展开了相关研究。本文针对课题组的电容式加速度传感器系统模型进行了分析,并对电容式加速度传感器的温度特性进行了深入探讨,通过研究发现加速度传感器的弹性元件部分受到的温度影响最为严重,由此将对系统的输出误差造成很大影响,极大的降低数据质量。为了解决该问题,首先需要得出弹性元件受热后的变化,因此采用了有限元方法对传感器的弹性元件部分进行了仿真分析。通过对受力、约束条件进行探讨,构建了振动部分的有限元模型,并采用ANSYS的温度场仿真,对其进行热耦合仿真,由此获取到不同温度下弹性元件的形变云图。对云图采用路径取值的方式,获取弹性元件在不同温度下垂直向的偏移量,并结合电容极板与弹性元件关系,得到了温度变化与电容极板位移的数学模型。然后,为了校正由于温度引起的电容极板...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景和研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 文章结构安排
第二章 电容式加速度传感器系统与温度特性分析
    2.1 系统模型分析
        2.1.1 机械摆体分析
        2.1.2 换能器分析
        2.1.3 反馈电路分析
        2.1.4 系统模型分析
    2.2 温度影响因素分析
        2.2.1 弹性元件影响
        2.2.2 磁路系统影响
    2.3 有限元与传热学基础
        2.3.1 有限元分析概述
        2.3.2 传热学基础分析
        2.3.3 有限元热分析
    2.4 本章小结
第三章 电容式加速度传感器有限元建模仿真
    3.1 悬臂梁静力分析
    3.2 弹性元件的有限元建模
        3.2.1 弹性元件参数定义
        3.2.2 网格划分与约束控制
        3.2.3 有限元模态分析
    3.3 温度场仿真
        3.3.1 温度场仿真步骤
        3.3.2 温度场数据处理
        3.3.3 温度—电容极板偏移
    3.4 本章小结
第四章 电容式加速度传感器系统仿真与补偿设计
    4.1 反馈补偿仿真设计
        4.1.1 反馈模型
        4.1.2 反馈补偿设计
    4.2 反馈补偿系统仿真
    4.3 仿真实验结果分析
        4.3.1 系统温漂
        4.3.2 系统稳定性
    4.4 温度补偿电路设计
        4.4.1 STM32F103C8T6 控制核心
        4.4.2 温度传感器选型
        4.4.3 滤波电路设计
        4.4.4 辅助电路设计
        4.4.5 补偿电路PCB设计
        4.4.6 补偿控制程序设计
    4.5 本章小结
第五章 电容式加速度传感器温漂实验分析
    5.1 温漂实验方案设计
    5.2 温漂实验步骤
    5.3 温漂实验结果分析
        5.3.1 加速度温漂对比
        5.3.2 自然降温实验对比
总结与展望
    1.总结
    2.展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：3837268