三轴高g加速度计的测试理论与实验研究

论文摘要

高g加速度计是在爆炸、冲击测试及导弹侵彻等试验中不可或缺的惯性测量器件。研究高g加速度计的标定理论和测试标定方法,准确标定出它的灵敏度等各种参数,已经成为高g加速度计设计中需要解决的关键问题和最后环节。本文以MEMS压阻式高g加速度计为研究对象,对高g加速度计的标定理论和测试标定方法进行了深入的研究。主要内容概括如下:1.理论分析了高g加速度计灵敏度的频率特性,当灵敏度容许变化±5%时,计算得出了加速度计的带宽范围。依据高g加速度计冲击信号的特点,设计出了测试实验用的数据采集系统。2.分析了应力波方面的一些基础知识,两杆共轴撞击及应力波在杆中传播的过程,以及应力波在传播过程中的弥散效应。简要介绍了Hopkinson杆实验装置,详细分析了Hopkinson杆法测试标定的实验原理,并利用ANSYS软件对Hopkinson杆撞击过程进行了运动仿真。3.详细分析了Hopkinson杆撞击得到的典型的采集数据波形。对三轴高g加速度计各性能指标参数进行了测试标定,得到Z、X、Y三轴灵敏度分别为2.204μV /g、2.009μV /g和1.953μV /g,各交叉轴灵敏度小于2.5%,三轴非线性度分别为2.08%、1.73%和1.85%。4.利用标准加速度计对标定结果进行了验证实验,得出三轴单元灵敏度的标定的相对误差分别为7.6%、6.7%和9.7%。分析了影响测试标定结果的误差来源。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高g加速度计的国内外研究现状
• 1.2.2 高g加速度计测试方法的国内外研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第二章 高g加速度计的工作原理与接口电路设计
• 2.1 加速度计的工作原理
• 2.1.1 等效的理论模型和受迫振动分析
• 2.1.2 灵敏度的频率特性分析
• 2.2 三轴高g加速度计模型介绍
• 2.2.1 检测方式
• 2.2.2 总体模型
• 2.2.3 等效输出电路
• 2.3 数据采集系统设计
• 2.3.1 接口电路设计
• 2.3.2 数据采集系统搭建
• 2.4 本章小结
• 第三章 测试标定方法的理论基础
• 3.1 应力波基础知识
• 3.1.1 应力波波动方程
• 3.1.2 两弹性杆共轴撞击
• 3.1.3 弹性应力波在杆自由端面的反射
• 3.1.4 横向惯性引起的弥散效应
• 3.2 Hopkinson杆实验装置与原理
• 3.2.1 Hopkinson杆实验装置
• 3.2.2 Hopkinson杆法实验原理
• 3.3 ANSYS有限元软件运动仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 三轴高g加速度计性能参数的测试
• 4.1 测试数据处理与分析
• 4.1.1 测试数据处理原理
• 4.1.2 应变计
• 4.1.3 测试数据波形分析
• 4.2 各性能参数的测试
• 4.2.1 灵敏度参数
• 4.2.2 交叉轴灵敏度参数
• 4.2.3 谐振频率参数
• 4.2.4 非线性度参数
• 4.3 本章小结
• 第五章 标定验证实验和测试误差源分析
• 5.1 标定验证实验
• 5.2 测试误差来源分析
• 5.2.1 加速度计的安装刚度因素
• 5.2.2 实验装置引起的系统误差
• 5.2.3 其他误差
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果