1。2 三维加速度传感器的加工制造工艺 2

1。3 三维加速度传感器研究中存在的问题 4

1。4 课题来源及主要研究内容 4

2 应变式三维加速度传感器结构设计 6

  2。1加速度传感器测量原理及性能分析 6

2。2 三维加速度传感器结构设计 10

2。3 本章小结  14

3 传感器的弹性体部分计算  15

3。1 应变片的选用  15

  3。2 悬臂梁（弹性体）材料的选择与计算  17

3。3 本章小结  18

4 信号处理电路  19

  4。1 电阻应变片测量电路 19

  4。2 测量电路的工作方式 19

  4。3 放大电路 20

  4。4 电路图 21

4。5 本章小结  22

5 弹性体有限元分析  23

5。1 Abaqus简介  23

5。2 悬臂梁有限元分析模型 23

5。3 悬臂梁的线性分析 38

5。4 应变片的粘贴位置 39

5。5 本章小结  40

6 三维加速度传感器三维图、二维 41

6。1 三维加速度传感器的三维设计 41

6。2 三维加速度传感器二维图 43

  6。3 本章小结  46

结论  47

致谢  48

参考文献 49

1  绪论[7~9]

测量加速度需要使用加速度传感器，加速度是物体运动状态的一个重要参数。在工程实践和社会生产中，对该量的准确测量是非常重要的。现今，一维加速度传感器技术也比较成熟，单维加速度传感器基本上是运用压阻、压电、光纤等原理制成。单维加速度传感器虽然能满足大多数场合的测量要求，但在一些特殊的情况下，比如军事和航天领域，单维加速度传感器已经远远不能满足要求。在这些特殊领域，三维加速度传感器就派上了用场。由于加速度是一个空间矢量，对于携带火箭弹的特种车辆而言，在火箭弹出膛后，若要精确获得特种车辆的振动状态信息，就需要分别测其在空间三个坐标轴上的加速度分量。另外，测得待测物体的加速度信息之后，便可以知道其运动状态。

随着半导体技术的发展，传感器的制造成本不断降低，但同时，其性能却不断提高。所以原先只在军事航天等特殊领域才使用的多维加速度传感器，现今也打入了民用市场。目前，三维加速度传感器主要基于压电式、压阻式、电容式等原理。结构多种多样，本课题主要研究悬臂梁式结构、多质量块形式。

1。1  三维加速度传感器的研究现状[11]

三维加速度传感器在信号获取方式上有如下几种：压阻式，伺服平衡式[14]，压电式，电容式，光纤位移式。这些传感器虽然原理不同，但都是基于最简单的单维加速度传感器。

1。1。1  压阻式[15]

与单维加速度计相同，这种传感器同样利用质量块的运动带动悬臂梁上的应变片产生变形或者将附着着压阻效应材料的膜片产生变形，因受拉或者受压发生变形的应变片或者压阻材料的电阻值会发生变化。这里我们只研究粘贴应变片的这种传感器，因为应变效应较小，所以通常将四片应变片以全桥四臂工作方式组成惠斯通电桥，后面再接入差分放大器进行放大。这种传感器工作时需要外接激励电压，属于被动测量方式。

1。1。2  压电式[12]

将质量块和压电晶体材料组装在一块，再固定安装在被测对象上，便构成了压电式传感器。晶体的两面可以引出电极接入电路。压电式传感器也称之为“自激”传感器，因为其自身能产生电信号输出。压电晶体的输出信号即可以作为电荷处理，也可以作为电压处理，后接电路中一般有电荷放大器，信号先由该放大器放大后才能做进一步处理。