声—振动传感器系统隔震封装设计

论文摘要

声-振动传感器在国防等领域有重要的应用前景,封装材料与结构在系统封装中起着关键作用。本文利用隔震原理,设计声—振动传感器系统中声传感器的多种隔震封装结构模型。采用Ansys 软件对各种模型进行模态分析,研究模型结构和几何尺寸对其隔震性能的影响,确定最优隔震封装结构;对模型的几何尺寸及橡胶隔震材料力学参数进行优化,得到使声传感器封装体固有频率最低的优化模型,并对优化模型的隔震性能进行评估。本文设计七种隔震封装模型,其中六种传统隔震封装模型的固有频率范围为10 ～10 Hz,在传感器探测信号频率范围内（103～104 Hz）,容易产生共振。在材料参数相同的条件下,新颖双J 形隔震封装模型的固有频率（102～104Hz）远低于传统的隔震封装模型的固有频率。本文采用双“J”形隔震封装结构模型,并对几何尺寸进行优化,确定固有频率最低的几何尺寸参数为R=1.6mm,r=1.2mm,H=8mm。利用Ansys 软件对双“J”形隔震封装模型模拟,优化橡胶隔震材料力学参数,确定使模型固有频率最低的橡胶材料力学参数为:杨氏模量Y=10 6 N ? m?2,泊松比μ=0.49, 密度ρ=1. 2 ×103kg-m-3。对经过几何尺寸和材料力学参数优化后的模型进行模态分析、静态分析和瞬态分析。模态分析得出模型的前三阶固有频率的值及其对应的振动模式:f1=20.109Hz,左右振动;f2=69.614Hz,前后振动;f3=82.705,上下振动。静态分析表明,受到集中载荷作用后,优化模型不会受到损坏,对静力具有十分有效的隔震作用;瞬态分析表明,优化模型对瞬时冲击力具有有效的隔震作用。本文的研究结果对声-振动传感器系统的封装有重要的理论参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 封装的作用
• 1.3 封装基本工艺步骤
• 1.4 封装材料及分类
• 1.5 MEMS 封装技术
• 1.6 MEMS 封装的模拟分析
• 1.7 声传感器及封装
• 1.8 本文主要研究内容和意义
• 第2章 防振橡胶与隔震原理以及Ansys 软件
• 2.1 隔震材料选择
• 2.2 防振橡胶泊松比测量
• 2.3 震动隔离原理
• 2.3.1 振动外力与传递率
• 2.3.2 受迫位移与传递率
• 2.3.3 防振橡胶与传递率
• 2.3.4 振动隔离
• 2.3.5 固有振动频率
• 2.4 ANSYS 有限元分析软件
• 2.4.1 ANSYS 软件概述
• 2.4.2 有限元法简介
• 2.4.3 ANSYS 软件环境
• 2.4.4 ANSYS 功能简介
• 2.5 本章小结
• 第3章 模型结构与固有频率的关系
• 3.1 隔震封装模型结构
• 3.2 模型的材料参数
• 3.3 模型结构尺寸与固有频率的关系
• 3.3.1 中空方形橡胶垫隔震模型的模态分析
• 3.3.2 底空方形橡胶垫隔震模型的模态分析
• 3.3.3 空心圆台橡胶垫隔震模型的模态分析
• 3.3.4 带横梁桌形橡胶垫隔震模型的模态分析
• 3.3.5 无横梁桌形橡胶垫隔震模型的模态分析
• 3.4 模型的可行性评估
• 3.5 本章小结
• 第4章 隔震封装模型设计与尺寸优化
• 4.1 声传感器隔震封装模型的设计
• 4.2 两种模型的模态分析
• 4.2.1 材料参数与单元类型选择
• 4.2.2 模型1 的模态分析
• 4.2.3 模型2 的模态分析
• 4.2.4 模态分析结果比较与模型选择
• 4.3 本章小结
• 第5章 隔震材料力学参数优化
• 5.1 建立尺寸优化的双“J ”形隔震模型
• 5.2 隔震橡胶材料参数对模型固有频率的影响
• 5.2.1 杨氏模量对模型固有频率的影响
• 5.2.2 泊松比对模型固有频率的影响
• 5.2.3 密度对模型固有频率的影响
• 5.3 确定隔震材料的最优力学参数
• 5.4 本章小结
• 第6章 优化模型的隔震性能
• 6.1 优化模型的模态分析
• 6.2 优化模型的静态分析
• 6.3 优化模型的瞬态分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢