新型一體式石英振梁加速度計(jì)研究.pdf

1、石英振梁加速度計(jì)(QVBA)是一種基于諧振梁力頻效應(yīng)以及石英逆壓電效應(yīng)的加速度傳感器，能夠直接輸出頻率，消除了A/D轉(zhuǎn)換帶來(lái)的誤差，可采用微細(xì)加工工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，具有精度高、成本低、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在民用、軍工、航空航天、勘探等低中高精度領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)和高校研發(fā)了幾種典型QVBA結(jié)構(gòu):基于雙梁振梁的分體式結(jié)構(gòu)、基于雙梁的一體式結(jié)構(gòu)、基于單梁振梁的一體式結(jié)構(gòu)。本文在這些典型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上提出了一種新型一

2、體式QVBA結(jié)構(gòu)，主要由單梁、質(zhì)量塊、撓性鉸鏈、支撐座、隔離框、安裝框等組成。在厚度方向振梁和撓性鉸鏈均被腐蝕，撓性鉸鏈位于石英厚度方向的中心位置。單梁工作在面內(nèi)彎曲模態(tài)，受拉或受壓時(shí)諧振頻率發(fā)生變化。該新型一體式QVBA結(jié)構(gòu)能夠?qū)z測(cè)軸方向靈敏度提高近一倍，且能夠消除交叉軸方向的加速度干擾。
　　本文首先介紹了QVBA的工作原理以及等效電路，闡釋了衡量QVBA質(zhì)量好壞的性能指標(biāo)，并對(duì)新型一體式QVBA結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)分析，驗(yàn)證了新

3、型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。其次，介紹了QVBA敏感元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用有限元分析軟件加以輔助。隨后對(duì)電極設(shè)計(jì)、加工工藝設(shè)計(jì)以及封裝設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡釋，提出了一種兩步腐蝕方案。接著用安捷倫阻抗分析儀4294A對(duì)制作的敏感元件進(jìn)行測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果可以看出，敏感元件的頻率為51kHz左右，標(biāo)度因數(shù)約為55Hz/g，封裝后敏感元件的Q值在8000以上。隨后設(shè)計(jì)仿真了雙反相器+雙共射極串聯(lián)諧振電路，提高了QVBA的驅(qū)動(dòng)能力和穩(wěn)定性。最后搭建新型一體式QVBA系