應用于磁流變減振器的壓阻式加速度傳感器研究.pdf

1、磁流變減振器作為一種半主動器件，具有阻尼連續(xù)可調、響應速度快、動態(tài)范圍寬、功耗低等優(yōu)點，目前已成功應用于建筑、車輛、醫(yī)療等領域。然而磁流變減振器在服役期間會出現(xiàn)磁流變液沉降、板結、泄漏或者其他機械、電氣方面的故障，引起磁流變減振器的性能衰減甚至失效，因此，有必要對磁流變減振器的運行中的健康狀況進行監(jiān)測，此外，磁流變半主動系統(tǒng)需要對狀態(tài)反饋以進行控制，實時獲取對象狀態(tài)信息，包括阻尼力，溫度，位移，速度，加速度等。除阻尼力、溫度外，其他三種

2、參數(shù)理論上只需采集一種即可以通過微分積分等處理實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲得，加速度傳感器的體積較小，占用空間小，可靠性高，實際應用廣泛。同時一般把加速度均方根值作為系統(tǒng)舒適性與安全性的評價指標，能夠在很大程度上反映磁流變減振器的運行健康狀態(tài)，因此對磁流變減振器的加速度進行實時監(jiān)測十分必要。
　　針對現(xiàn)有的基于磁流變減振器的半主動懸架系統(tǒng)通常采用與減振器分離的加速度傳感器實現(xiàn)加速度的測量，線路復雜，成本高，可靠性低的缺點，論文提出了一種與磁流變減

3、振器活塞桿集成的基于壓阻原理的加速度傳感器，研究了基于壓阻原理的加速度傳感器的工作原理與結構設計，分析了傳感器的性能指標和制作、封裝工藝，傳感器與磁流變減振器集成試驗。
　　論文的主要工作包括以下幾個方面：
　　①綜述了課題的研究背景與意義，磁流變液與磁流變減振器的研究與發(fā)展，磁流變減振器傳感器的研究現(xiàn)狀，以及壓阻式加速度傳感器的國內外研究現(xiàn)狀。
　?、诟鶕?jù)汽車磁流變減振器的工作特性和壓阻式加速度傳感器的設計原則，對磁

4、流變減振器集成壓阻式加速度傳感器進行了整體結構設計和芯片設計。確定了傳感器與減振器的集成形式；通過理論計算與有限元模擬結合的方法，在滿足量程的基礎上，以保證較大的靈敏度以及好的動態(tài)特性為目標，確定了傳感器芯片尺寸；通過對空氣阻尼的推導，最終確定最佳阻尼比時懸臂梁與上下端蓋的間隙；通過分析論證，確定了傳感器芯片型式、制作材料和測量電路；研究了壓阻系數(shù)與晶向、摻雜濃度和溫度的關系，確定了芯片的晶向，電阻的摻雜濃度、排布方向和位置、電阻條尺寸

5、、電阻條折彎數(shù)，完成了芯片的版圖設計。
　?、蹖鞲衅鞯闹谱鞴に嚺c封裝進行了分析。對傳感器的工藝流程和其間用到的掩模版進行了設計；對傳感器的封裝要求進行了研究；模擬了傳感器封裝時，不同參數(shù)的貼片膠產生的熱應力影響，為加工提供了一定的理論指導。
　?、軐Χㄖ频膲鹤枋郊铀俣葌鞲衅黛o態(tài)和動態(tài)性能指標進行分析與標定。通過實驗的方法對傳感器的靈敏度，線性度，零漂，溫漂，重復度，遲滯度以及精度等指標進行了分析和標定；將傳感器簡化為單自由

6、度二階線性系統(tǒng)，根據(jù)對傳感器的固有頻率和阻尼系數(shù)比以及靈敏度，確定傳感器的輸入輸出傳遞函數(shù)；通過Matlab仿真，分別得到傳感器的在時域內的單位階躍響應曲線和諧響應頻率響應曲線，驗證了傳感器的動態(tài)性能滿足測試要求。
　?、萏岢隽艘环N能夠同時測量溫度和加速度的溫度-加速度傳感方案，將壓阻式加速度傳感器中溫度影響有效解耦出來，有效補償溫漂對加速度參數(shù)的影響。對其理論模型進行了探索，得出了其理論物理模型和參數(shù)模型。
　　⑥將傳感器