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新型蝶翼式加速度计关键技术研究

刘高  
【摘要】:在微加速度计中,扭摆式加速度计因为结构设计简单、成本低廉而被广泛应用,但同时也存在稳定性与温度特性较差等缺点。本文根据现有扭摆式加速度计存在的不足,设计了一种具有加工过程简单、灵敏度高、鲁棒性和温度特性良好等优点的蝶翼式加速度计。本文主要从蝶翼式加速度计的结构设计、加工工艺、检测电路、测试平台和性能测试等方面开展研究工作,详细研究内容包括:1.设计了蝶翼式加速度计总体结构并阐述了其工作原理。建立数学模型对加速度计六边形支撑梁的力学特性、电容灵敏度等理论进行了分析。根据理论分析和加速度计性能指标要求确定了蝶翼式加速度计结构尺寸。采用ANSYS Workbench软件仿真验证了电容灵敏度和量程非线性设计目标的可实现性,仿真分析了环境温度变化对蝶翼式加速度计输出的影响,证明了相比传统扭摆式加速度计,蝶翼式加速度计提高了加速度计系统的温度特性。2.根据蝶翼式加速度计结构设计模型,制定了其加工工艺流程。实现了芯片级电容检测,提高了封装成品率。确定了以陶瓷封装作为蝶翼式加速度计的封装形式。3.调研了常用于微弱电容检测的几种检测电路,通过对比其优缺点,确定了以反相激励电路作为蝶翼式加速度计检测电路。基于LabVIEW建立了包括数据采集、数据处理和数据回放等功能的蝶翼式加速度计多功能自动化测试系统。本文最后通过自动化测试系统对蝶翼式加速度计的原理样机进行了测试。测试结果显示蝶翼式加速度计的启动时间为10min左右,1g稳定性为0.39mg,温度灵敏度为135.449ppm/℃,量程内非线性为0.3%,频带宽为59.09Hz。测试结果表明了蝶翼式加速度计性能符合设计指标和目的。


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