应变式发射架振动加速度传感器的设计与仿真方法研究

摘要

三维加速度传感器在实际工程项目中的应用，随着时间的推移愈发的广泛，因此，三维加速度传感器的研究已然成为一个重要的课题。目前研制发布的三维加速度传感器产品大多采取压阻式和电容式的工作原理，利用MENS技术加工生产出成品，在结构上大部分的加速度计都采用一体式的弹性体结构。对于一体式的三维加速度传感器的研究，仍然存在诸多问题需要深入探讨。 由于车载火箭弹在发射过程中，通常在短时间内伴随着恶劣的环境:高温高速燃气的冲刷、冲击振动、强噪声等。而现如今市场上的通用加速度传感器并不能完全适用于火箭发射装置，基本都需要采取相关的措施才能够适用于火箭发射装置。由于实际情况的需要，需要测试火箭发射的状态下，各部分的振动和受力情况;以及便于安装拆卸，能够更加便于测试不同方向的加速度。在此前提下，需要专门设计一种用于火箭发射装置的三维加速度传感器。 就目前的三维加速度传感器而言，在对其结构特点与工作原理了解的基础上，本论文设计了一款一体式的应变三维加速度传感器，传感器的弹性体选用整体结构，单一的惯性质量块。弹性体的加工选用普通的机加工技术，较大程度上降低了生产成本。从结构与参数上进行优化，结合具体的应用背景，使其能够用于火箭弹发射车对加速度的测量。 弹性体设计是传感器设计的重点部分，其结构参数对传感器的静态与动态特性都具有较大的影响。利用有限元法对弹性体建立模型，通过静态分析，得出弹性体在各个轴向加速度载荷作用下应力应变的分布情况，以此推断出传感器具有良好的线性特点。并且确定适合的电桥组桥方式，在一定程度上消除或是减小耦合。同时，对该模型进行了动态特性分析，其中包括了模态分析、谐响应分析及瞬态响应分析。模态分析得出前六阶振型和固有频率，而谐响应与瞬态响应分析则是得到传感器的动态特性曲线及维间耦合情况。对传感器进行标定，分别利用静态、动态标定法，得到传感器三个方向的灵敏度等特性指标。

目录

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摘要

图表目录

1．绪论

1．1引言

1．2三维加速度传感器的发展现状

1．2．1三维加速度传感器基本工作原理与信号获取

1．2．2三维加速度传感器的国内外研究现状

1．3课题的研究背景及意义

1．4课题的主要研究内容

2．三维加速度传感器弹性体结构设计与应力应变分析

2．1加速度传感器测量原理以及性能分析

2．1．1加速度传感器的主要类型

2．1．2加速度传感器的力学分析

2．2加速度传感器膜片应力应变解析分析

2．2．1Z轴向载荷作用下膜片应力应变简要分析

2．2．2X轴向载荷作用下膜片应力应变简要分析

2．3弹性体有限元应力应变分析

2．3．1 Z轴向加速度载荷作用下的应力应变有限元分析

2．3．2 X轴向加速度载荷作用下的应力应变有限元分析

2．3．3 Y轴向加速度载荷作用下的应力应变有限元分析

2．4弹性体的布片与组桥

2．4．1X轴向加速度电桥组桥形式

2．4．2Z轴向加速度电桥组桥形式

2．5本章小结

3．三维加速度传感器动态特性分析与仿真研究

3．1动态特性简述

3．2动态分析的有限元分析法基础

3．2．1结构整体动力学平衡方程

3．2．2结构动力响应分析

3．3固有特性分析

3．4谐响应特性分析

3．4．1Z轴向加速度载荷谐响应分析

3．4．2X轴向加速度载荷谐响应分析

3．5瞬态响应特性分析

3．5．1Z轴向加速度载荷瞬态响应分析

3．5．2X轴向加速度载荷瞬态响应分析

3．6本章小结

4．三维加速度传感器温度场热应力的分析与仿真

4．1静态温度场热应力分析

4．2模态温度场热应力分析

4．3传感器的外壳设计

4．4本章小结

5总结与展望

5．1全文总结

5．2研究展望

致谢

参考文献

附录