以提升毫米尺度三軸壓電加速度計(jì)靈敏度為目標(biāo),設(shè)計(jì)了以3個(gè)長(zhǎng)度12 mm軸向極化的PZT管作為敏感和支撐結(jié)構(gòu)的三軸加速度計(jì),給出了空間加速度信號(hào)的解算方法。通過(guò)3個(gè)PZT管關(guān)于器件結(jié)構(gòu)中心軸對(duì)稱(chēng)布置,該加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)三軸加速度大小和方向的精確解算。數(shù)值仿真得到了3個(gè)PZT管在[100, 1 000]Hz加速度的輸出電壓幅頻特性曲線及器件三軸靈敏度。研制了三軸傳感器樣件,實(shí)驗(yàn)表明其x、y、z軸靈敏度分別為535、541、542 mV/g,三軸靈敏度標(biāo)準(zhǔn)差為3.8。系統(tǒng)分析了加工誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度,分析并解釋了實(shí)驗(yàn)與仿真數(shù)值間存在誤差的原因,為三軸加速度計(jì)敏感與支撐結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)提供了借鑒。 

【文章來(lái)源】：儀器儀表學(xué)報(bào). 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

帶電極PZT管

采用工藝成熟的商用PZT管作為三軸加速度計(jì)的敏感和支撐結(jié)構(gòu)。加速度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)模型和實(shí)物如圖2所示。該加速度計(jì)由3個(gè)軸向極化的平行PZT管、1個(gè)圓柱形銅塊和電極組成。3個(gè)PZT管關(guān)于結(jié)構(gòu)中心軸對(duì)稱(chēng),且底部分別為正電極1、2、3,頂部共負(fù)極。采用銀漿分別將PZT管、銅塊、底座、導(dǎo)線互為連接。采用θ1和θ2描述三軸加速度的方向。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

為了驗(yàn)證第3節(jié)中解算方法的準(zhǔn)確性,采用該解算方法對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行解算,結(jié)果如表3所示。由標(biāo)準(zhǔn)電壓解算得到的電壓矢量大小和方向驗(yàn)證了解算方法的有效性。由實(shí)驗(yàn)數(shù)值解算得到的x、y、z軸靈敏度分別為535、541、542 mV/g,三軸靈敏度標(biāo)準(zhǔn)差為3.8。在x、y軸加速度下由實(shí)驗(yàn)數(shù)值解算的θ1誤差分別為1.8°和1.4°,θ2誤差分別為0.2°和0.4°。在z軸加速度下由實(shí)驗(yàn)數(shù)值解算θ1誤差為0.2°,θ2誤差為41.7°。因?yàn)閦軸加速度下的θ1解算誤差相對(duì)較小,即可以判斷出加速度基本沿z軸方向,雖然解算θ2出現(xiàn)較大誤差,但對(duì)矢量方向判斷影響不大。表3 三PZT管輸出電壓解算出的電壓矢量大小和角度Table 3 The ratio of output voltages and axial strains of three PZT tubes of accelerometers under accelerations in x, y, z axes respectively 數(shù)值 加速度方向 靈敏度Sc(電壓矢量大小)/(mV/g) 電壓矢量方向/(°) θ1(俯仰角) θ2(方位角) 標(biāo)準(zhǔn)電壓(COMSOL) x軸 622 90.0 0.0 y軸 622 90.0 90.0 z軸 622 0.0 - 實(shí)驗(yàn) x軸 535 88.2 0.2 y軸 541 88.6 89.6 z軸 542 0.2 41.7

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]預(yù)緊式并聯(lián)六維加速度傳感器的解耦算法研究[J]. 尤晶晶,李成剛,吳洪濤,嚴(yán)飛,王進(jìn).  儀器儀表學(xué)報(bào). 2017(05)
[2]壓力傳感器加速度效應(yīng)的系統(tǒng)辨識(shí)與建模研究[J]. 許富景,馬鐵華,李新娥.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2015(06)
[3]壓電加速度計(jì)本底噪聲研究[J]. 陳毅強(qiáng),王玉田,李泓錦,唐旭暉,嚴(yán)冰.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2015(04)



本文編號(hào)：3469323