The invention relates to a method for simulating the reliability of a micro accelerometer in a high-speed rotating environment. Steps are as follows: 1, using simulation software to establish the simulation model of the micro accelerometer; 2, initially set a centrifugal rotation radius, according to the micro accelerometer application environment set the starting rotation angular velocity, simulated the stress and displacement, to find out the stress concentration position; 3, from the initial start to change the angular velocity angular velocity the amount of steps gradually increase the rotational speed, maximum rotational speed until the micro accelerometer is invalid; 4, with a maximum rotational speed can withstand and rotation radius calculated by formula to get the maximum acceleration tolerance; 5, change the radius of rotation, repeat steps 2 to 4 more than the maximum acceptable centrifugal acceleration. Through comparison and analysis, the maximum centrifugal acceleration of micro accelerometer can be determined, so as to judge the reliability of micro accelerometer in high-speed rotating environment, and its failure mode and failure mechanism.
【技术实现步骤摘要】
微加速度计在高速旋转环境下的可靠性仿真方法
本专利技术涉及MEMS传感器—微加速度计在高速旋转环境下的仿真方法,具体是一种微加速度计在高速旋转环境下的可靠性仿真方法。
技术介绍
加速度计作为惯性传感器的一种,被广泛应用于民航、船舶、大地测量、石油钻探、铁路、隧道等许多领域,特别是在武器装备中,加速度计是构成惯性测试设备的重要器件。传统的最常用加速度计是压电式加速度计。近年来,随着微米、纳米技术的迅速发展,在加速计的研制领域也融入了这项技术,出现了微型加速计。自从20世纪80年代初以硅材料为基础的新型加速度计问世以来,硅微加速度计以其优良的机械和电气性能越来越受到人们的重视。随着硅微机械加工技术的不断成熟,实现了硅微加速度计的微型化、集成化和高灵敏度。微电子机械系统(MEMS)在近十几年来取得了飞速的发展,微加速度计是MEMS的一个重要分支,在航空、航天、汽车、国防等领域有着广泛的应用。在这些系统中,利用精确的加速度计在钻地过程中对加速度进行实时测量,以作为后续处理判决单元的源信号。因此,加速度计作为敏感元件,是直接影响提高引信系统精度的关键因素。随着各类高新技术的应用,现代武器装备的复杂性成倍增加,使用环境越来越严酷,对质量和可靠性的要求也越来越高,给微加速度计的可靠性保障带来越来越大的困难。微加速度计的可靠性问题已成为阻碍它在武器系统中广泛应用的重要因素之一。为了确定微加速度计的耐久性和可靠性,并预测和消除未来的故障,通常在设计和制造周期期间会针对微加速度计特定的使用环境执行各种测试,如对微加速度计施加热学载荷和动态载荷—高速旋转、动态冲击等,以识别可能 ...
【技术保护点】
一种微加速度计在高速旋转环境下的可靠性仿真方法,其特征在于:①利用仿真软件ANSYS建立微加速度计的仿真模型,通过模型确认微加速度计的材料特性及参数,设计微加速度计的高速旋转方案即微加速度计在旋转台上的放置方式,准备进行微加速度计在高速旋转环境应力下的仿真;②微加速度计在高速旋转环境应力下的仿真步骤:(1)根据所要仿真的微加速度计的使用环境,选定仿真的起始转速ω,以及角速度变化量Δω,100 r/min ≤Δω≤500 r/min,并且起始转速小于微加速度计在使用环境下转速范围的上限值;(2)根据步骤①中所建模型,首次设定旋转中心与微加速度计内部的质量块的距离r
【技术特征摘要】
1.一种微加速度计在高速旋转环境下的可靠性仿真方法,其特征在于:①利用仿真软件ANSYS建立微加速度计的仿真模型,通过模型确认微加速度计的材料特性及参数,设计微加速度计的高速旋转方案即微加速度计在旋转台上的放置方式,准备进行微加速度计在高速旋转环境应力下的仿真;②微加速度计在高速旋转环境应力下的仿真步骤:(1)根据所要仿真的微加速度计的使用环境,选定仿真的起始转速ω,以及角速度变化量Δω,100r/min≤Δω≤500r/min,并且起始转速小于微加速度计在使用环境下转速范围的上限值;(2)根据步骤①中所建模型,首次设定旋转中心与微加速度计内部的质量块的距离r1,利用仿真软件的ANSYS静力学分析模块对微加速度计施加初始角速度载荷并对微加速度计进行求解分析,得到应力云图及位移云图,找到在旋转环境下的微加速度计的应力集中点及最大位移处;(3)利用仿真软件的ANSYS动力学分析模块找出微加速度计可承受的最大角速度ω1:施加载荷由起始转速开始,以角速度变化量Δωmax=500r/min为步长增加角速度,每增加一个子步,求解查看仿真结果中的最大应力及最大位移,增加至超过旋转台测试范围上限值后再增加两个子步,加载后进行求解,查看仿真结果;根据仿真结果中每个子步的应力分布云图,得出微加速度计的应力最大值分布点和应力集中区域;根据微加速度计的材料特性,查阅文献可知其最大许用应力为[τ],分析微加速度计的最后一个子步结果,假设此时微加速度计所受最大应力值为τmax,若τmax<[τ],表明理论上微加速度计功能正常,则继续对微加速度计增加角速度,...
【专利技术属性】
技术研发人员:马喜宏,王忠庆,杨卫,鲍爱达,王威,秦立君,何程,
申请(专利权)人:中北大学,
类型:发明
国别省市:山西,14
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