车用非共振型爆震传感器的设计研究

摘要

爆震传感器作为汽车电子的关键器件之一，在汽车发动机机体保护、节能减排、燃油经济性最大化和动力性能最优化等方面发挥着重要作用。随着中国汽车总量的急剧增加，高质量的爆震传感器具有非常广阔的市场前景。本文以非共振型爆震传感器为研究对象，利用仿真和试验的手段对爆震传感器的参数设计、组件选型以及生产封装工艺等方面进行探讨和分析，为爆震传感器的生产制造奠定了一定的理论基础。
　　基于非共振型爆震传感器的经典数学模型，采用MATLAB软件分析手段，对爆震传感器的结构参数和输出性能参数进行了较为全面的分析，结果表明：减小等效质量m和增大等效刚度k可以显著地提高传感器的固有频率fn；增大等效质量m、增大等效刚度k以及减小阻尼系数c能降低传感器的相对阻尼系数ζ；电荷灵敏度SQ的幅值与纵向压电系数d33呈正线性关系，而且按相同的比例增大等效刚度k和等效质量m能更有效地提高传感器的电荷灵敏度SQ幅值；增大等效质量m与阻尼系数c会加重SQ的相位滞后程度，但增大等效刚度k可以对其进行改善。
　　在传感器的核心组件-压电陶瓷环的选用分析中，基于非共振型爆震传感器的等效力学模型，运用ANSYS有限元静态压电仿真与振动测试相结合的试验方法，系统地分析了压电陶瓷材料性能参数和几何尺寸对压电陶瓷环输出电压的影响，深入地探讨了压电陶瓷环压电性能的时间稳定性、温度稳定性，研究结果表明：压电陶瓷环的输出电压会随材料刚度和介电系数增加而减小；压电系数d33，d31，d15皆对输出电压造成影响；几何尺寸中只有厚度对其输出电压有较大影响；压电陶瓷的压电性能会随时间而退化并最终逐渐趋于稳定，随温度升高而衰减。最后提出了由d33分布均匀做为挑选压电陶瓷厂家的标准，并通过测试结果得到验证。
　　从受力分析和振动试验方面研究了爆震传感器的封装预紧力对传感器灵敏度的作用，研究结果表明：非共振型爆震传感器的正常工作离不开合适的封装预紧力。工程中选用的封装拧紧力矩为10N/m。

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1 绪论

1.1引言

1.2爆震传感器的研究历程

1.3本文主要工作

2 爆震传感器的相关研究理论

2.1爆震控制理论

2.2爆震传感器的特性

2.3爆震传感器的信号调理

2.4爆震特征频率

2.5本章小结

3 非共振型爆震传感器的设计

3.1传感器的工作原理

3.2传感器结构设计

3.3传感器的参数设计

3.4传感器的组件选型

3.5传感器的封装预紧力的确定

3.6本章小结

4 非共振型爆震传感器的试验与分析

4.1试验平台的搭建

4.2纵向压电系数d33对爆震传感器的性能影响分析试验

4.3压电陶瓷环的压电性能试验

4.4爆震传感器封装预紧力分析的验证试验

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献