專利名稱：一種高量程壓阻加速度傳感器共振頻率的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)朋涉及提供一種高量程壓阻加速度傳感器共振頻率的測試方法，屬 于微傳感器的力學(xué)測試分析領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
量程范圍在5 OOOg到100 000g(g-9.8m/s勺或更高的高量程壓阻加速度傳 感器在現(xiàn)代武器裝備中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[Robert D.Sill, Shock calibration of accelerometers at amplitudes to 100 000 G using compression waves, ENDEVCO, TP 283]，其中描述傲速壢傳感器一個(gè)重要的工作指標(biāo)就是器件的 一階共振頻率。在實(shí)施設(shè)計(jì)中口就將傳口器設(shè)計(jì)成具有較高共振頻率的懸臂 梁或者板嵴歉敏感結(jié)構(gòu)，如一階共振頻率一般在幾十KHz到幾百KHz，這樣 保證器件具攉較高的工作帶寬[石云波，祈打瑾口劉俊，引信用加速壢傳低器 樁感元件的親計(jì)， 半導(dǎo)體技術(shù) Semiconductor technology,2006:31(7):pp537 541]。但是高量程加速度傳感器的共振頻率測試
卻并非易事。通常的振動(dòng)臺(tái)只能提供較小的加速度，在正弦驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)加速 度a—定時(shí)，振動(dòng)幅度A和圓頻率w的平方成反比，j =;，頻率越高，則
振動(dòng)的幅度就越小，當(dāng)加速度為10g,頻率達(dá)到50KHz時(shí)候，則振動(dòng)幅度為 lnm,即達(dá)到了振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)極限，因此這樣小的振動(dòng)幅度是很難用來驅(qū)動(dòng)和 檢測高量程高頻率的響應(yīng)。光學(xué)檢測振動(dòng)的方法具有較高的分辨率，可以用 來檢測微納米結(jié)構(gòu)中較高的共振頻率。如原子力顯微鏡(AFM)中所使用的懸 臂梁，在輕敲模式下，利用壓電驅(qū)動(dòng)懸臂梁，通過懸臂梁的光學(xué)反射就能檢測
具有上百KHz水平的振動(dòng)。但單純的懸臂梁與加速度傳感器最大的差別是， 懸臂梁探針結(jié)構(gòu)在使用中直接暴露在空氣環(huán)境下，不需要封裝而可以直接使 用，而加速度傳感器器件卻需要封裝好來才可以使用，因此，利用光學(xué)方法 是很難測試封裝好器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，這無疑是及其不利的。同樣封裝好 的器件其內(nèi)部是一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)，對(duì)于高量程加速度傳感器來說，在敏感結(jié)
構(gòu)的上下通常還具有抗過載等保護(hù)結(jié)構(gòu)，其敏感結(jié)構(gòu)內(nèi)部的阻尼與暴露在空 氣中的狀態(tài)截然不同，這就會(huì)顯著影響測試到的共振頻率。如果是在欠阻尼情
況下，理論上檢測到的振動(dòng)頻率^-V^7將要比自由振動(dòng)頻率叫低，其中
n是阻尼系數(shù)c與質(zhì)量m之比n-^。因此，如果在空氣中能夠進(jìn)行測試的
2附
話將帶來一定的測試不準(zhǔn)確性。
碰撞過程中一般會(huì)產(chǎn)生很高的加速度和頻率成份豐富的高頻波，當(dāng)碰撞 激發(fā)的某些高頻波與器件微結(jié)構(gòu)(一般是微懸臂梁等)固有模態(tài)的頻率接近 時(shí)，器件就將發(fā)生共振，因此，在某些場合下可以利用碰撞沖擊激發(fā)的方式 以獲得器件的共振頻率。但是當(dāng)微結(jié)構(gòu)在共振狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的振幅，
當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)變超過一定極限時(shí)，對(duì)于Si來說，應(yīng)變極限為10—3，微結(jié)構(gòu)將發(fā)
生斷裂進(jìn)而導(dǎo)致器件失效。尤其是在加速度傳感器的敏感方向上，當(dāng)利用器 件進(jìn)行碰撞沖擊實(shí)驗(yàn)檢測加速度時(shí)， 一階共振波在某些條件下會(huì)激發(fā)出來， 激發(fā)出來的共振波會(huì)疊加到由碰撞產(chǎn)生的主波上。如果碰撞是彈性碰撞，則 碰撞輸出的主波一般具有半正弦波形的形式。也就是疊加合成波的振幅甚至 超過主波的幾倍。因此，就使得微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更大的振幅，這極容易導(dǎo)致加速 度傳感器的損壞。同時(shí)，疊加到主波上的共振波也影響到器件靈敏度的計(jì)算。 更為重要的是，在加速度傳感器微結(jié)構(gòu)的工藝制造中，需要多步工藝才能完 成，因此，器件從制造到封裝一般來說成品率不高。針對(duì)于此，為了避免敏 感結(jié)構(gòu)的損壞，以及減小封裝后器件在測試過程中的損壞問題，本發(fā)明擬提供 一種高量程加速度傳感器的共振頻率測試方法，即在加速度傳感器非敏感方 向進(jìn)行共振頻率的測試方法，但并不排除在敏感方向進(jìn)行測試的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種高量程壓阻加速度傳感器共振頻率的測試方 法，具體地說，利用碰撞過程中產(chǎn)生的較高加速度和頻率成份豐富的高頻率 的波作為激發(fā)源，當(dāng)某碰撞沖擊所產(chǎn)生的高頻波與傳感器微結(jié)構(gòu)(一般是微懸 臂梁等)固有模態(tài)的頻率等于或者接近時(shí)，加速度傳感器微結(jié)構(gòu)將發(fā)生共振， 進(jìn)而得到共振信號(hào)的電壓輸出波形。因此，可以利用共振激發(fā)的方式以獲得 器件的共振頻率。本發(fā)明提供一種簡單、經(jīng)濟(jì)、快速的測試方法。主要采用 加速度傳感器的非敏感方向安裝進(jìn)行測試以減小器件損傷的測試方法。
考慮到當(dāng)微結(jié)構(gòu)在敏感方向共振狀態(tài)時(shí)， 一階共振波在一定條件下會(huì)激 發(fā)出來，激發(fā)出來的共振波將疊加到主波上。疊加合成波的振幅甚至超過正 常碰撞輸出主波振幅的幾倍。當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)變超過一定極限時(shí)，微結(jié)構(gòu)將發(fā)生 斷裂進(jìn)而導(dǎo)致器件損壞。
一般來說，高量程加速度傳感器的靈敏度都很低， 信號(hào)需要經(jīng)過放大后才能提取出來，由于器件在橫向方向具有較高的剛度， 所以在同樣的激勵(lì)作用下器件的橫向響應(yīng)輸出就小，也就是說橫向靈敏度相
當(dāng)小， 一般小于敏感方向的5%。因此，在同樣激勵(lì)作用下，器件在橫向方向 由沖擊碰撞產(chǎn)生的輸出波幅度就相當(dāng)小，也就是敏感結(jié)構(gòu)的振幅很小，而碰 撞激發(fā)出來的共振信號(hào)即使疊加到主波上也不會(huì)對(duì)器件造成損壞。
下面，首先簡單介紹基于硅的懸臂梁式加速度傳感器的制造和工作原理， 懸臂梁式加速度傳感器采用較薄的硅懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過擴(kuò)散在其表面形成敏 感電阻層，當(dāng)在敏感方向有加速度時(shí)，在敏感電阻上產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致電阻發(fā) 生變化，懸臂梁式的加速度傳感器結(jié)構(gòu)如圖l所示意。通過構(gòu)成全橋輸出方 式，在一定的工作條件下，輸出信號(hào)為電壓。
敏感懸臂梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)和材料性能決定了器件的工作性能。對(duì)于懸 臂梁式加速度傳感器，如圖1所示，其中硅懸臂梁厚度t,寬度w，長度L,當(dāng)質(zhì) 量為m的懸臂梁受到敏感方向加速度"的作用時(shí)，在懸臂梁根部，也就是敏 感電阻的位置，產(chǎn)生的最大應(yīng)力為[Bao, Minhang， Analysis and Design Principles of MEMS Devices. Minhang Bao.lst, Amsterdam: Elsevier, 2005]
圖1中的懸臂梁在同樣加速度a作用下，橫向受到的應(yīng)力為
(2)
而輸出電壓的大小正比于應(yīng)力-
K。w/2 ")^s 乂。乂
其中，R為激勵(lì)電壓，"44是硅的敏感壓阻系數(shù)。由(1)和(2)知道& =丄。 一般來說，厚度t要遠(yuǎn)比寬度w小，這就是橫向輸出信號(hào)非常小的原因。 在圖1中，懸臂梁法向方向即敏感方向上其彈性系數(shù)為
(4)
4丄3
式中E是硅的Young， s模量，p是密度。其一階共振頻率為
/ =翌|^ = 0162々, (5) 2;r \|附 Z \ P
而在橫向方向即非敏感方向，則具有較高的彈性系數(shù)，為
、=《 (6) (r 4丄3
其共振頻率為
人=翌、& = 0.162非 (7) 2;r V附 丄 戶
因?yàn)椋瑢挾葁要遠(yuǎn)大于厚度t，也就是說，懸臂梁橫向共振頻率/;要遠(yuǎn)比敏 感方向的共振頻率/高很多，因此，相比較而言，橫向的共振頻率波和高階 頻率波不容易激發(fā)出來。由上述應(yīng)力、彈性系數(shù)和共振頻率的分析知道，對(duì) 同一結(jié)構(gòu)的懸臂梁其橫向方向的剛度要遠(yuǎn)比敏感方向高，即當(dāng)在同樣幅度的 高加速度沖擊下，橫向輸出較小的信號(hào)，對(duì)應(yīng)敏感結(jié)構(gòu)懸臂梁的形變很小。 而懸臂梁在橫向和二階以上模態(tài)的共振頻率均要比一階的高出很多倍， 一般 較難激發(fā)出來。因此，當(dāng)在非敏感方向進(jìn)行測試，敏感方向的一階共振頻率 的波能夠被激發(fā)出來，產(chǎn)生較小的輸出波，不會(huì)對(duì)懸臂梁結(jié)構(gòu)造成損傷。另 外，微加工是利用化學(xué)腐蝕的方法，腐蝕過程中總是會(huì)或多或少地帶來結(jié)構(gòu) 的不對(duì)稱性，這些不對(duì)稱性使得敏感結(jié)構(gòu)的一階共振波在橫向測試過程中容 易被激發(fā)出來。一般來說，傳感器微結(jié)構(gòu)的共振頻率越高，則所需要的激發(fā)能量也越高，
對(duì)應(yīng)自由落體碰撞高度也越大。傳感器敏感結(jié)構(gòu)固有的本征振動(dòng)能量為
￡ = ij202Mcos2(ft>,) (8) 2
其中，A為微結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度，w為振動(dòng)圓頻率，w = 2<， M是質(zhì)量。由(8) 知道，共振頻率越高，能量E也越大。這就是說，傳感器的量程越高，其本 征共振頻率也越高，所需自由落體碰撞高度也越大。不同量程的傳感器其共 振頻率不一樣，因此，選擇自由落體的高度也不一樣。量程高的自由落體的 高度也要高一些，對(duì)應(yīng)于較高的激發(fā)能量。 一般來說在滿足器件過載的條件 下，自由落體高度越小越好，對(duì)器件造成的損傷也越小。
對(duì)采集到的波形數(shù)據(jù)可以從兩個(gè)方面進(jìn)行分析， 一個(gè)是從時(shí)域上，即從 獲得的隨時(shí)間變化的有規(guī)律的輸出波形，計(jì)算在一定時(shí)間間隔內(nèi)的波形峰值 數(shù)目，然后按照頻率/和波形周期時(shí)間T的關(guān)系計(jì)算得到，即
/ = + (9)
第二種方法就是從頻域上，對(duì)獲得的輸出數(shù)據(jù)通過付麗葉變換得到功率 譜，即輸出強(qiáng)度與頻率的關(guān)系，從峰的位置上確定器件共振頻率。
在本發(fā)明中，利用一個(gè)金屬桿在下落時(shí)與地面上的金屬鋼砧相互碰撞作 用產(chǎn)生高加速度和高頻率成份波的激發(fā)源，金屬桿的碰撞端端面首先被減速， 然后向上加速。碰撞端的端面發(fā)生速度變化并產(chǎn)生應(yīng)力波(固體中的聲波)， 應(yīng)力波向桿的另一端傳播。當(dāng)^=2/^時(shí)(2是金屬桿的長度，C是桿中的聲 速)，聲波傳到桿的傳感器端。如果傳感器與桿直接剛性連接，聲波就能完全 傳遞給傳感器。本發(fā)明提供的測試試驗(yàn)裝置簡圖如2所示。實(shí)驗(yàn)中，將傳感 器以一定的方式固定在金屬桿的尾端。金屬砧碰撞過程中產(chǎn)生應(yīng)變波，應(yīng)變 波將沿著金屬桿傳遞給加速度傳感器，加速度傳感器記錄這一碰撞過程。當(dāng) 敏感方向與加速度方向平行時(shí)(如圖中2數(shù)字1所示意)，就記錄了加速度傳 感器在敏感方向的輸出，當(dāng)輸入加速度已知時(shí)，從敏感結(jié)構(gòu)中獲得的電壓輸 出就可以計(jì)算靈敏度；同樣，當(dāng)敏感方向與金屬桿垂直時(shí)(如圖中2數(shù)字2 所示意)，就獲得了器件在非敏感方向，即橫向方向的輸出，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析，從中就可以獲得所需要器件的一階共振頻率。因此，本發(fā)明并不排除 在敏感方向安裝器件進(jìn)行共振頻率的測試。
本發(fā)明的具體實(shí)施步驟
利用一定長度和直徑的金屬桿或鋁合金桿3從一定高度自由落體條件下 沖擊碰撞一個(gè)固定在地面上的金屬砧4，當(dāng)金屬桿或鋁合金桿與金屬鋼砧相 碰撞的時(shí)候，在金屬桿或鋁合金桿與金屬砧碰撞前后會(huì)有較大速度的變化， 以此獲得較高的加速度，如20.000g。另外一種方式就是將高量程壓阻加速 度傳感器器件(以下簡稱器件)安裝固定在一個(gè)小的金屬塊上，金屬塊在固 定的軌道上運(yùn)動(dòng)，然后與另一鋼砧碰撞。之所以會(huì)產(chǎn)生較大的加速度，是因 為金屬桿或鋁合金桿與金屬砧碰撞速度變化的時(shí)間通常在微秒量級(jí)。按照?qǐng)D 2將器件的非敏感方向安裝固定在金屬桿上，金屬桿上或鋁合金桿刻有凹口， 用雙面膠或者其它強(qiáng)力膠將器件固定好。然后將器件的管腳輸出與放大器連 接好，從放大器輸出的信號(hào)通過電纜線連接到計(jì)算機(jī)的輸入端，啟動(dòng)計(jì)算機(jī) 和相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)采集軟件。金屬砧碰撞過程中產(chǎn)生應(yīng)變波，應(yīng)變波將沿著 金屬桿傳遞給加速度傳感器，加速度傳感器記錄這一碰撞過程。當(dāng)敏感方向 與加速度方向平行時(shí)，如圖中3a所示意，就記錄了加速度傳感器在敏感方向 的輸出，當(dāng)輸入加速度已知時(shí)，從敏感結(jié)構(gòu)中獲得的電壓輸出就可以計(jì)算靈 敏度；同樣，當(dāng)敏感方向與金屬桿垂直時(shí)，如圖中3b或c所示意，就獲得了 器件橫向方向的輸出，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析就可以獲得器件的一階共振頻率。
試驗(yàn)中鋼砧的尺寸為長29.8cm，寬26.7cm，高19.2 cm;金屬桿或 鋁合金桿長為lm、直徑1.5cm;傳感器按圖3(a)或(b)的方式安裝固定在桿 的頂端，傳感器所產(chǎn)生的小信號(hào)通過細(xì)軟電纜5與放大器6連接，經(jīng)過放大 的信號(hào)又通過電纜線與具有數(shù)據(jù)采集功能的計(jì)算機(jī)7連接，碰撞過程產(chǎn)生的 波形顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上。
綜上所述，本發(fā)明提供一種高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法， 其特征是利用金屬端面之間碰撞產(chǎn)生較高的加速度和頻率成份分布豐富的波 作為激勵(lì)源，當(dāng)激勵(lì)源中某些頻率的波與高量程加速度傳感器的(一般是微懸 臂梁等)固有模態(tài)的頻率等于或者接近時(shí)，器件就將發(fā)生共振，利用共振激發(fā) 的方式以獲得加速度傳感器的共振頻率；
(1)所述的加速度傳感器的非敏感輸出方向安裝固定在同軸的金屬桿 上，加速度傳感器可以采用快速固化的502膠等固定，金屬桿自由落體到金
屬砧上進(jìn)行碰撞測試，獲得器件在非敏感方向的輸出，以減小器件在敏感方
向的輸出，防止器件的損壞；
(2) 所述的加速度傳感器的敏感輸出方向安裝固定在同軸的金屬桿上， 在自由落體碰撞測試中獲得器件在敏感方向的輸出。
(3) 可以將加速度傳感器用快速固化的502膠等固定在同軸的金屬桿上 或者金屬滑塊上，對(duì)于金屬塊的運(yùn)動(dòng)應(yīng)控制在固定軌道上運(yùn)動(dòng)，在金屬與金屬 碰撞過程中，非敏感軸與相互作用力的方向盡量保持垂直，盡量減小敏感方 向的輸出。
(4) 測試中要求的放大器具有適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)和較寬的工作帶寬，以保 證加速度傳感器有較大信號(hào)的輸出。
(5) 對(duì)于不同量程的加速度傳感器應(yīng)選擇不同的自由落體高度或激發(fā)強(qiáng) 度。高量程的加速度傳感器應(yīng)在較高的激勵(lì)下(自由落體高度高)下進(jìn)行測試， 而對(duì)于較低量程的加速度傳感器應(yīng)在較低的激勵(lì)下(自由落體高度低)進(jìn)行測
試5
本發(fā)明提供的高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法，用于其它類型
的高量程加速度傳感器、高量程壓力傳感器等的一階共振頻率的測試分析； 可以獲得加速度傳感器的橫向輸出特性，如橫向輸出靈敏度和波形等特性。


圖l. 一種加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖2，自由落桿沖擊裝置示意圖，其中l(wèi)表示敏感方向安裝的傳感器，2 表示非敏感方向安裝的傳感器，3表示金屬桿，4表示金屬砧，5表示電纜線， 6表示放大器，7表示計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
圖3，器件的三種安裝方式，圖中金屬桿和器件均是非比例的示意，a， 器件安裝在金屬桿或鋁合金桿的側(cè)壁，器件的敏感y方向，管腳(數(shù)字8 )方 向與金屬桿長度方向平行；b,器件安裝在金屬桿側(cè)壁，器件非敏感x方向， 管腳方向與金屬桿長度方向互相垂直;c，器件安裝在金屬桿頂端，器件非敏 感z方向的示意圖；(d)器件的坐標(biāo)；
圖4， 一個(gè)5 OOOg加速度傳感器在敏感方向輸出波形示意圖5， 一個(gè)50 OOOg加速度傳感器在非敏感橫向方向輸出波形示意圖。
具體實(shí)施例方式
例1量程5 000g加速度傳感器的敏感方向安裝的共振頻率測試
按照?qǐng)D2和圖3(a)將器件的敏感方向安裝固定在金屬桿上。器件固定在 金屬桿上，是將金屬桿的尾端切割一個(gè)凹口，然后用雙面膠或者502膠將器 件固定，如使用502膠，要對(duì)安裝面涂抹盡量薄和均勻；
然后將器件的四個(gè)管腳按照一定順序連接電源的正極、負(fù)極和兩個(gè)輸出 端，同放大器連接，放大器的輸出電纜線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)上，啟 動(dòng)計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)采集軟件；
將安裝固定在鋁合金桿上的傳感器從5cm高度處自由落體到地面上的金 屬砧，金屬桿自由釋放與金屬砧相互碰撞產(chǎn)生應(yīng)變波，應(yīng)變波傳遞到傳感器 上，激發(fā)敏感壓阻單元，使敏感壓阻單元輸出電信號(hào)，經(jīng)過放大器放大傳遞 給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄輸出波形；
對(duì)采集到的波形數(shù)據(jù)可以從兩個(gè)方面進(jìn)行分析， 一個(gè)是從時(shí)域上，即從
獲得的隨時(shí)間變化的有規(guī)律的輸出波形，計(jì)算在一定時(shí)間間隔內(nèi)的波形峰值 數(shù)目，然后按照公式(9>頻率/和波形周期時(shí)間1的關(guān)系/ =+計(jì)算得到；第二
種方法就是對(duì)獲得的數(shù)據(jù)通過付麗葉變換得到功率譜，即輸出強(qiáng)度與頻率的 關(guān)系，直接得到器件共振頻率。圖4是一個(gè)5 000g傳感器在敏感方向輸出波 形示意圖。對(duì)波形中有周期性規(guī)律的波進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到周期T^.043ms， 按照公式/ = *計(jì)算，得到共振頻率為23KHz。
例2高量程5萬g加速度傳感器的非敏感方向安裝共振頻率的測試
按照?qǐng)D3(b)所示將器件的非敏感方向安裝固定在金屬桿上。器件固定在 金屬桿上，是將金屬桿的尾端切割一個(gè)凹口，然后用502膠將器件固定，所 使用的膠要涂抹的盡量薄和均勻；
同例l步驟相同，連接好放大器和計(jì)算機(jī)等。將安裝固定好的傳感器從
30cm高度處自由落體到地面上的金屬砧，金屬桿自由釋放與金屬砧相互碰撞 產(chǎn)生應(yīng)變波，應(yīng)變波傳遞到傳感器上，激發(fā)敏感單元，敏感壓阻單元輸出電 信號(hào)，經(jīng)過放大器放大傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄 輸出波形；對(duì)波形中有周期性規(guī)律的波進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到周期T二4.71"s， 按照公式/ = +計(jì)算，得到共振頻率為212KHz。圖5是該傳感器在非敏感橫
向方向輸出波形示意圖。器件在敏感方向的安裝也得到同樣頻率的結(jié)果。
權(quán)利要求
1、一種高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法，其特征在于利用金屬端面之間碰撞產(chǎn)生較高的加速度和頻率成份分布豐富的波作為激勵(lì)源，當(dāng)激勵(lì)源中某些頻率的波與高量程壓阻加速度傳感器的固有模態(tài)的頻率等于或者接近時(shí)，器件高量程壓阻加速度傳感器發(fā)生共振，利用共振激發(fā)的方式以獲得高量程壓阻加速度傳感器的共振頻率具體是高量程加速度傳感器器件的管腳輸出與放大器連接，從放大器輸出的信號(hào)通過電纜線連接到計(jì)算機(jī)的輸入端，記錄金屬端面之間碰撞過程產(chǎn)生應(yīng)變波，從對(duì)應(yīng)變波的分析測出共振頻率。
2、 按權(quán)利要求1所述的高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法，其特 征在于所述金屬端面之間碰撞有兩種情況 一種是為一定長度的金屬桿或鋁 合金桿從一定高度自由落體條件下沖擊碰撞一個(gè)固定在地面上的金屬鉆產(chǎn)生 碰撞；另一種是將高量程壓阻加速度傳感器安裝固定在一個(gè)金屬塊上，金屬 塊在固定的軌道上運(yùn)動(dòng)，然后與另一金屬鉆碰撞；高量程壓阻傳感器安裝固 定在金屬桿或鋁合金桿的頂端；或固定在金屬塊上。
3、 按權(quán)利要求2所述的高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法，其特征在于所述的高量程壓阻傳感器安裝固定在金屬桿或鋁合金桿的頂端有下述 三種情況(a) 高量程壓阻加速度傳感器器件安裝在金屬桿或鋁合金桿的側(cè)壁，高 量程壓阻加速度傳感器器件的敏感方向?yàn)閥方向，傳感器管腳方向與金屬桿 或鋁合金桿的長度方向平行；(b) 高量程壓阻加速度傳感器器件安裝在金屬桿或鋁合金桿側(cè)壁，高量 程壓阻加速度傳感器器件的非敏感方向?yàn)閤方向，傳感器的管腳方向與金屬 桿或鋁合金桿長度方向互相垂直；(c) 高量程壓阻加速度傳感器器件安裝在金屬桿或鋁合金桿的頂端，高 量程加速度傳感器器件非敏感方向?yàn)閦方向；所述的高量程壓阻加速度傳感器器件是用雙面膠固定在金屬桿或鋁合金 桿上的凹口中。
4、 按權(quán)利要求1所述的高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法，其特 征在于對(duì)產(chǎn)生的應(yīng)力波從以下兩種方法中任一種進(jìn)行分析方法(a)從時(shí)域上，對(duì)獲得的隨時(shí)間變化的輸出波形，計(jì)算在一定時(shí)間間隔內(nèi)的波形峰值數(shù)目，按頻率f和波形周期時(shí)間T的關(guān)系計(jì)算即/=如方法(b)從頻域上，對(duì)獲得的輸出數(shù)據(jù)通過付麗葉變換得到功率譜， 即輸出強(qiáng)度與頻率的關(guān)系，從峰的位置上確定高量程壓阻加速度傳感器器件 的共振頻率。
5、 按權(quán)利要求1所述的高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法，其 特征在于所述的高量程壓阻加速度傳感器的量程為5000g到100， 000g。
6、 按權(quán)利要求1所述的高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法，其 特征在于所述的高量程壓阻加速度傳感器的微懸臂梁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高量程壓阻加速度器共振頻率的測試方法，特征在于利用金屬端面之間碰撞產(chǎn)生較高的加速度和頻率成份分布豐富的波作為激勵(lì)源，當(dāng)激勵(lì)源中某些頻率的波與高量程壓阻加速度傳感器的固有模態(tài)的頻率等于或者接近時(shí)，器件高量程壓阻加速度傳感器發(fā)生共振，利用共振激發(fā)的方式以獲得高量程壓阻加速度傳感器的共振頻率具體是高量程加速度傳感器器件的管腳輸出與放大器連接，從放大器輸出的信號(hào)通過電纜線連接到計(jì)算機(jī)的輸入端，記錄金屬端面之間碰撞過程產(chǎn)生應(yīng)變波，從對(duì)應(yīng)變波的時(shí)域或頻域的分析測出共振頻率是一種簡單、經(jīng)濟(jì)、快速的測試方法。
文檔編號(hào)G01H13/00GK101354284SQ20081020011
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者偉 姜, 宋朝輝, 李昕欣, 鮑海飛 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所