高g值加速度计的设计与冲击特性分析

针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度计;利用Hopkinson杆冲击校准装置对该加速度计的动态特性进行了测试。测试结果表明,传感器的灵敏度为1.2μV/g,线性度5%左右;结构受到2×105g冲击后完好且输出信号正常,能有效满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求,可以应用于侵彻系统。

第 3 O卷

第 3期

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炸

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Vo. 1 30. N O .3 M a y, 2 0 01

21 0 0年 5月

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文章编号：1 0 - 4 5 2 1 ) 30 2 4 0 1 1 5 ( O 0 0— 3 90

高 g值加速度计的设计与冲击特性分析 石云波， 朱政强， 刘晓鹏杜康刘俊，, (. 1中北大学电子测试技术国家重点实验室，西太原 0 0 5;山 30 1 2中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，西太原 0 0 5 ) .山 30 1

摘要：针对特殊场合的测试需求，计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度计；用 Ho kno设利 p isn杆冲击校准装置对该加速度计的动态特性进行了测试。测试结果表明，感器的灵敏度为 1 2u g,性度 5传 . V/线 左右；构受到 2 0 g冲击后完好且输出信号正常，有效满足高冲击、烈振动场合的特殊测试要求，结×1能强可以应用于侵彻系统。

关键词：爆炸力学；过载能力； p i o抗 Ho kn n杆； g值加速度计；岛结构 s高梁 中图分类号：03 9 8国标学科代码：1 0 3 3 5文献标志码：A

1引言 高 g值加速度计主要用于高速运动载体在启动和着靶过程中速度变化的测量与控制，如在航空航天领域以及导例

弹和侵彻引信的精确控制方面已经得到了广泛应用。美国 E E O公司研制出了量程可达 2 1的高过载压阻 ND VC× 0g 式加速度传感器 7 7 频响可达到 2 0k。我国在高 g传感器方面还是以压电结构为主，京大学微电子所研制的 2 0 A, 0 Hz北

压阻式高 g值加速度传感器，程为 5 0g;侵彻环境下超高过载加速度传感器的需求仍未达到应用标准。鉴于量×1对]我国在高 g传感器研究中与国外的差距，及高 g加速度传感器的特殊应用背景，以对该类传感器及其冲击特性进行深入研究十分重要。本文中设计加工了一种新型的压阻式结构的高 g值加速度计，对其进行了实验测试与标定，试结果并测表明，高 g值加速

度计具有良好的抗过载能力，应用到冲击、破、彻等恶劣的环境中。该可爆侵

2加速度传感器的结构 图 1加速度传感器模型的截面示意图，程为 1 5 1经 An y软件模拟一阶固有频率可达 3 0 k[。该是量 .× 0 g, ss 0 Hz] 2结构梁的宽度和质量块的长宽一致，阻对称放置于四梁根部，以很好地抑制非对称性结构引起的沿梁长度方向横向压可 加速度的影响。

图 1加速度传感器模型截面图 Fi 1 g. Se ton ldr w i c ee a in s n or c i a a ng ofa c lr to e s

考虑到 ME MS加速度计加工工艺和技术指标的要求，梁的宽度和质量块宽度相等的前提下，保证质量块经在为

KOH腐蚀后形成的完整性，以及结构参数对应力等的影响，用 j京大学微电子研究所的标准加工工艺进行加工。加采 E 工好的加速度计芯片如图 2所示，体为“字形梁岛结构，料为单晶硅。结构的中心为活动质量块，寸为 8 0“ 整田”材尺 0 m

×8 0 m,“字梁悬浮连接到边框上，框作为锚区键合在玻璃基底上。传感器封装采用电子科技集团 1 0由十”边 3所的陶瓷合金封装，氮气密封，封盖的封装结构见图 3用未。

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收稿日期： 0 90— 8 2 0— 3 2;修回日期：2 1 12 0 00-6基金项目：国家自然科学基金重点项目( 0 3 0 0 5 55 3 )作者简介：云波(92石 17 )男，士，教授。,硕副

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