石英振梁加速度计研究现状及发展趋势

石英振梁加速度计是一种基于振梁谐振和力频特性原理的新型全固态惯性传感器，具有高精度、大量程、低功耗、直接频率脉冲输出等突出特点，已被广泛应用于战术武器系统。简要介绍了石英振梁加速度计的工作原理、技术特点，梳理了分体式和一体式两种仪表结构的研究现状和关键技术。结合国外研究发展趋势，指出石英振梁加速度计将成为后续达到摆式积分陀螺加速度计精度和抗辐照指标、满足战略级需求最有可能的加速度计方案。     

石英振梁式加速度计谐振器的结构设计与仿真

英谐振器是石英振梁式加速度计的关键部件,其结构设计的好坏直接影响石英振梁加速度计性能的好坏。本文从切型的选择、电极的设置等方面阐述了石英谐振器结构设计的方法,并利用ANSYS有限元软件对石英谐振器结构的模态、力频特性和压电效应进行了仿真和分析,验证了理论模型的正确性,同时为设计不同用途的石英振梁式加速度计提供理论依据。     

一种分体式石英振梁加速度计的研制

加速度计作为导航制导系统的重要元件，要在严酷的条件下及系统全生命周期内保证精度、稳定性、线性度等性能指标要求，这对加速度计的研制提出了极大的挑战。介绍了一种基于振梁谐振和力频特性原理的分体式石英振梁加速度计，给出了加速度计的总体结构和简化的力学模型，并进行了受力分析，指出不能简单通过增加摆质量的厚度来提高加速度计的标度因数。阐述了用双端固定音叉结构制作石英振梁的工艺加工过程，指出铬金掩膜的制作是振梁加工的关键工序。针对振梁等效参数，电路采用具有更大增益的双门振荡器方案。最后，对加速度计进行了标定测试，标度因数为55Hz/g，量程达到±70g，4h的零偏稳定性为8.1μg。测试结果表明，双振梁推挽差分输出的设计有效改善了加速度计的零偏稳定性。     

微谐振式压力传感器的差动输出设计与建模

提出一种应用于微谐振式压力传感器的敏感结构,其一次敏感元件为矩形硅膜片,膜片的上表面架设有三个两端固支的硅谐振梁,间接感受压力作用,根据膜片上不同位置设置的硅谐振梁的固有频率对于压力变化有不同的变化规律的特点,实现对被测压力的差动输出检测。针对这种结构,建立被测压力与谐振梁固有频率的数学模型。设计实际尺寸参数进行计算分析,得出谐振梁的分布位置和几何参数对其振动特性的影响规律,给出了由差动输出解算压力的公式,验证了所提出的结构的设计思想和优化参数的可行性。     

石英谐振加速度传感器芯片设计与仿真

分体式石英谐振加速度传感器在性能提升上受到装配误差等因素的影响较大，故提出一种全石英谐振加速度计芯片结构，包括下层的硅结构和上层的石英结构。下层的硅基底仅作为支撑结构进行加工制作，敏感单元为全石英材料，硅结构与石英结构键合到一起，结构加工完成后去除硅材料，以释放石英敏感单元。整体结构为中心对称，包括质量块、音叉结构、微杠杆结构和应力分配梁，芯片通过微杠杆结构来增大传感器的灵敏度，并通过应力分配梁使石英音叉两根振梁上的内应力均匀一致。通过仿真验证了设计的有效性，仿真的差动灵敏度为35Hz/g。     

一种石英振梁加速度计驱动电路的仿真分析

双端固定石英音叉谐振梁是振梁加速度计中的重要力敏传感器,驱动电路与其相配合,实现谐振梁在谐振频率点处的信号输出,进而测量加速度变化.研究中根据谐振梁等效电阻较大的特点,驱动电路采用了能够提供更高增益的双门振荡器方案,并对电路中CMOS反相器用作模拟放大器的用法进行了仿真,同时也分析了电路的自激振荡过程,并指出合适的反馈...     

微型热敏传感器的结构设计及仿真分析

 分析微型热敏传感器测量原理并针对其典型器件结构的热平衡模型，提出以微型热敏传感器器件各部分热耗散功率和器件信噪比系数为主要器件结构设计的结构仿真计算目标。然后，结合微型热敏传感器衬底空腔结构对器件性能影响较大的特点，分析计算衬底结构没有空腔、有空气腔和有真空腔3种情况下的器件各部分热耗散功率，验证了有真空腔的衬底结构信噪比系数最高。最后，以实际微细加工工艺条件为基础，计算分析衬底真空腔深度在2 μm，4 μm和6 μm 3种条件下的器件信噪比系数，完成对微型热敏传感器器件结构尺寸的优化设计。     

基于结构参数的硅谐振式加速度计频率特性分析

硅谐振式加速度计精度高、稳定性好、数字输出,且体积小、成本低、易于集成,是惯性加速度计未来的发展方向之一.根据谐振式加速度计的原理对其关键结构参数对谐振频率及加速度计灵敏度的影响进行了理论分析,并结合硅谐振式加速度计的具体工作情况与谐振梁的实际结构合理设置仿真边界条件,分别对一种硅谐振式加速度计谐振器的谐振梁宽度、谐振梁厚度、谐振梁长度以及双谐振梁间距进行仿真分析,从理论与仿真两个方面得到了关键结构参数对谐振频率与加速度灵敏度的影响规律,验证了仿真结果与理论推导结果的一致性与差异点,为后续高机械灵敏度结构设计提供参考依据.     

内S形柔性梁多环谐振陀螺热弹性阻尼分析

多环谐振陀螺是当前高精度陀螺的研究热点,内S形柔性梁多环谐振陀螺是一种具有S形柔性梁的新型多环谐振陀螺,研究其热弹性阻尼对于提高陀螺性能至关重要.介绍了内S形柔性梁多环谐振陀螺的结构和工作原理,借助有限元方法对其热弹性阻尼的发生机理进行了分析,并在此基础上分析了结构参数对热弹性阻尼的影响.实验结果表明:内S形柔性梁多环谐振陀螺的热弹性阻尼可以用Zener理论近似描述,实现高品质因数应降低谐振频率,同时还应兼顾工艺条件、封装尺寸和抗冲击能力等因素.     

自测试谐振加速度计

本文描述了一种新型谐振式加速度计，该加速度计中的横梁和振动摆耦合为一体，且横梁受内置式压敏电阻激励后，传感摆的振动变化，加速度使振动摆偏移原始位置。造成传感器内部件特征应力变化，使谐振频率发生改变，本文着重研究谐振梁振动特征，在高振幅非线性区域，理论与实际地处理显示结果，该加速度计电-热干扰可以相互消除谐振传感原理保证了该传感器的准数字信号输出，高灵敏度以及完整的力学试验，先进的自动安全系统和电子伺服系统要求传感器结构可靠。传感器自测试性能，在运行中内部元件无需结构调整。自测试理论也可用于非谐振式结构的传感器。     

音叉振动式微机械陀螺固有频率的统计特性分析

 以一种通过体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为对象，首次基于随机摄动技术定量研究了微陀螺固有频率变异的统计特征，以概率思想表达了微陀螺批量加工过程所带来的材料／尺寸随机误差对其各阶固有频率的影响。通过所提出的影响因子这一概念反映了微陀螺参数变异对固频变异的敏感度。在详尽分析微陀螺众多参数的影响因子的基础上，获得了微陀螺最为关键的六个参数。这有限关键参数的获得，不仅为微陀螺的健壮性设计提供了方向，同时也为实际微陀螺的加工控制提供了量化的可参考依据。     

研究飞行器弹性运动的耦合因子法

 飞行器弹性运动引起的广义力与所谓弹性运动的耦合因子有关,线性理论范围,存在弹性运动耦合的充要条件是在运动方程中含有耦合因子。     

考虑微加工误差的微机械陀螺的健壮性优化

 为减小微加工误差对音叉振动式微机械陀螺设计性能的影响、提高其批量性能稳定性，以对其加工后性能变异影响最大的若干关键参数为设计变量，在分析了几何约束条件、模态性能约束条件、基于模态的加工灵敏度约束条件的基础上建立了微机械陀螺健壮性优化的数学模型。在无需事先知道微机械陀螺尺寸／性能的详尽统计信息的条件下，采用一阶摄动技术和遗传算法实现了微机械陀螺的健壮性优化设计。     

航空／海洋重力仪用加速度计现状与优化方法

采用石英挠性加速度计作为重力敏感器的航空/海洋重力仪是典型的重力信息采集仪器,要求石英挠性加速度计具有一次通电稳定性高、高分辨率、低噪声的特点。为了满足航空/海洋重力仪需求,首先,分析了石英挠性加速度计一次通电稳定性机理,确定了关键影响因素,并给出了优化方向;其次,建立了加速度计分辨率模型,给出了测试方法和后续优化方向;最后,通过试验确定了噪声水平,根据关键影响因素给出了优化方向。通过上述研究的开展,为石英挠性加速度计在重力测量领域中的应用奠定了基础。     

石英灯阵模拟非均匀气动加热的功率优化

针对结构热试验非均匀热环境模拟的精细化需求，以石英灯阵热流分布理论解析方法为基础，建立了基于线性分析模型的石英灯阵功率快速优化方法，对石英灯阵模拟非均匀气动加热的功率优化问题进行了分析研究。结果表明：线性分析方法可以快速有效地优化石英灯阵功率，对于比较平缓的热流分布可以获得较好的优化结果，对于大梯度热流分布也能获得与遗传算法较为一致的热流优化结果和规律；模拟非均匀气动加热的功率优化结果对热流输入比较敏感，需要通过优化来选择合适的测点范围和测点数量得到相对稳定的系数矩阵。相关研究结果对模拟非均匀气动加热的石英灯阵功率优化设计具有重要参考意义。     

压电网络对叶盘结构气动阻尼的影响

首先通过引入气动影响系数,建立了振动相关气动力与系统振动位移成比例的线性模型。基于此导出了叶盘结构气弹耦合的线性振动方程。接着在叶盘结构中引入压电网络,建立了流 机 电耦合动力学方程；并采用集总参数等效模型研究了压电网络对叶盘结构气动阻尼的影响,对流 机 电耦合系统的特征值问题进行求解,获得了可作为系统气弹稳定性判据的模态气动阻尼比。研究表明,压电网络可以有效改善叶盘结构主要振动形式——节径型振动的气弹稳定性；通过对压电网络中电学参数进行优化设计,可以在较宽范围内提高叶盘结构的颤振边界；压电网络对弯曲振动模态气动阻尼的改善效果优于弯扭耦合振动模态。      

基于频响函数的复合材料空间分布模量场识别

针对纤维编织复合材料宏观力学性能的非均匀特性,提出了基于频响函数(FRF)的复合材料梁空间分布弹性模量场的识别方法。采用基于灵敏度分析的方法构造优化问题,以实测和计算加速度频响残差范数最小为目标函数,进而通过迭代求解识别出复合材料梁弹性模量的空间分布。首先,以悬臂梁模型为研究对象进行数值仿真分析,验证识别方法的正确性。进一步开展复合材料梁模态试验研究,将复合材料三点弯曲试验获取的近似均质化弹性模量作为优化问题的初值;利用非接触测量方法获取模态试验中梁上各测点处的动位移响应,并计算得到各测点的加速度频响函数作为优化问题的输入值。结果表明:采用所提出的识别方法获取的模量场计算得到的梁上各处频响函数与试验获取值吻合,且所提方法在实测动响应存在噪声污染工况下是可行的。该方法能够为复合材料等效建模提供更加准确的弹性模量场。