小型三轴压电加速度传感器的设计与仿真

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压电加速度传感器是利用压电陶瓷的正压电效应制作的测振类元器件,相对其他类型的加速度传感器而言有着稳定性好、重复性高、结构简单、不易老化、灵敏度高等优点而被广泛应用于工业、航空、航海等工业领域测振,但目前真正用于工业化的加速度传感器体积大,质量大,很多情况并不满足测量要求,MEMS系列传感器对于数据测量保存的能力不够突出。本文的主要研究内容是结合大型有限元仿真软件ANSYS来设计一种小体积、小质量的压电加速度传感器并对其结构力学特性进行仿真,进一步对一体化三轴压电加速度传感器结构进行探索。首先本文通过对压电材料的压电效应进行理论研究,结合压电加速度传感器的力学模型,进行压电传感器的机理研究。再结合现有典型结构进行对比分析,分析各类结构的优缺点,选择三角剪切型结构作为原始设计模型,加以改进并结合ANSYS workbench18.0有限元仿真软件进行模态仿真、频率仿真,探究其电学特性以及振动特性等。根据单轴结构的仿真结果,探索一体化三轴剪切结构,并进行结构仿真。在后续输出过程中,对电路原理方面进行优化。本文完成了以下工作:分析压电敏感材料的电学特性、加速度传感器基础原理,优化后续放大电路;对加速度传感器固有频率主要影响因子进行分析并设计出改进版的三角剪切型结构,结合ANSYS有限元仿真软件,完成单轴模型的模态响应、频率响应分析;设计了一种小型、轻质的三轴剪切型压电加速度传感器并对其动态特性及频率特性进行分析。
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