【技术实现步骤摘要】
一种基于模态和频率的谐振式加速度计优化方法
本专利技术属于惯性
，涉及一种谐振式加速度计，特别涉及一种基于模态和频率的谐振式加速度计优化方法，适用于中低精度的低成本导航系统及定位、定向系统等。
技术介绍
近年来，随着微机械技术的发展，制造价格便宜体积小并且性能良好的微机械加速度计成为研究的热点。谐振式加速度计可直接将加速度转化为频率输出，具有测量精度高、抗干扰能力强、稳定性好、动态范围广、准数字输出等优势。谐振式加速度计中谐振器分析都是等效为一根谐振梁，这种简化模型方便分析、容易找到其力频特性，却与真实结构存在误差。现阶段的优化设计方法，主要有控制电路优化，结构设计优化，非线性优化等，没有考虑谐振器的模态和频率，不能实现工作模态和干扰模态的分离，避开内共振点。中国矿业大学(北京)李艳等于2019年公开了一种谐振式硅微加速度计的非线性分析方法(李艳，张帅印，朱周宇.谐振式硅微加速度计的非线性分析方法，中国矿业大学(北京)，CN109490574A)。该方法将谐振器等效为一根单梁，建立谐振式硅微加速度计的非线性振动...
【技术保护点】
1.一种基于模态和频率的谐振式加速度计优化方法，其特征在于，所述方法包括以下：/n步骤1，将所述谐振器简化等效为3个结构段梁，构建所述谐振式加速度计中谐振器的运动控制方程；/n步骤2，依据所述谐振器的运动控制方程，通过理论计算构建得到所述谐振器的理论模型，并通过有限元方法构建得到所述谐振器的有限元模型；/n步骤3，根据所述谐振器的理论模型与有限元模型求解得到不同物理参数的材料下所述谐振器的各阶模态、频率与几何参数之间的关系，优化设计所述谐振器的几何参数，使所述谐振器的工作模态远离干扰模态，并避免所述谐振器出现内共振点；/n步骤4，根据所优化设计得到的所述谐振器的谐振梁的几何...
【技术特征摘要】
1.一种基于模态和频率的谐振式加速度计优化方法，其特征在于，所述方法包括以下：
步骤1，将所述谐振器简化等效为3个结构段梁，构建所述谐振式加速度计中谐振器的运动控制方程；
步骤2，依据所述谐振器的运动控制方程，通过理论计算构建得到所述谐振器的理论模型，并通过有限元方法构建得到所述谐振器的有限元模型；
步骤3，根据所述谐振器的理论模型与有限元模型求解得到不同物理参数的材料下所述谐振器的各阶模态、频率与几何参数之间的关系，优化设计所述谐振器的几何参数，使所述谐振器的工作模态远离干扰模态，并避免所述谐振器出现内共振点；
步骤4，根据所优化设计得到的所述谐振器的谐振梁的几何参数，加工所述谐振式加速计的样件，搭建所述样件的1g翻滚实验装置，通过实验测得灵敏度曲线，进而验证所优化设计的所述谐振式加速度计的性能指标。
2.根据权利要求1所述的一种基于模态和频率的谐振式加速度计优化方法，其特征在于，所述步骤1的具体实现过程包括：
利用哈密顿原理构建所述谐振器的运动控制方程：
其中，所述谐振器中第i个结构段梁的动能Ti的能量密度函数所述谐振器中第i个结构段梁的势能Vi的能量密度函数xi表示所述谐振器第i个结构段梁的局部坐标的横坐标，vi表示所述谐振器中第i个结构段梁的横向位移，ui表示所述谐振器中第i个结构段梁的轴向位移，表示所述谐振器中第i个结构梁的轴向位移对时间t的导数，表示所述谐振器中第i个结构梁的横向位移对时间t的导数，u′i表示所述谐振器中第i个结构梁的轴向位移对全局坐标的偏导数，v″i表示所述谐振器中第i个结构梁的横向位移对全局坐标的二阶偏导数，Ai表示所述谐振器第i个结构段梁的横截面面积，ρi表示所述谐振器第i个结构段梁的密度，ri表示所述谐振器第i个结构段梁的位移，t表示时间，表示ri对时间t的导数，εi表示所述谐振器中第i个结构段梁的轴向线应变，σi是所述谐振器中第i个结构段梁的轴向正应力，i∈{1,2,3}。
3.根据权利要求1所述的一种基于模态和频率的谐振式加速度计优化方法，其特征在于，所述方法中步骤2的具体实现过程包括：
21)根据步骤1得到的所述谐振器的运动控制方程，构建所述谐振器的线性无阻尼齐次运动控制方程作为所述谐振器的理论模型，所述线性无阻尼齐次运动控制方程：
其中，vi表示所述谐振器中第i个结构段梁的横向位移，Ei表示所述谐振器中第i个结构段梁的杨氏模量，Ji表示所述谐振器中第i个结构段梁的截面惯性矩，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，靳彪，宋林柯，李昊，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11
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