[發明專利]微加速度計在高速旋轉環境下的可靠性仿真方法

有效

• 申請號: 201611042972.2
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106650013B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 馬喜宏;王忠慶;楊衛;鮑愛達;王威;秦立君;何程
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明是一種微加速度計在高速旋轉環境下的可靠性仿真方法。步驟如下：1、利用仿真軟件建立微加速度計的仿真模型；2、初步設定一個離心旋轉半徑，根據微加速度計應用環境設定起始旋轉角速度，仿真得到應力及位移云圖，找出應力集中部位；3、從初始角速度開始以角速度變化量為步長逐步增加旋轉角速度，直到使微加速度計即將失效的最大旋轉角速度；4、以可承受的最大旋轉角速度和旋轉半徑經公式計算得到可承受的最大離心加速度；5、改變旋轉半徑，重復步驟2到步驟4得到多個可承受最大離心加速度。經過比較分析確定微加速度計可以承受的最大離心加速度從而判斷微加速度度計在高速旋轉環境下的可靠性以及它的失效模式和失效機理。

技術領域

本發明涉及MEMS傳感器—微加速度計在高速旋轉環境下的仿真方法，具體是一種微加速度計在高速旋轉環境下的可靠性仿真方法。

背景技術

加速度計作為慣性傳感器的一種，被廣泛應用于民航、船舶、大地測量、石油鉆探、鐵路、隧道等許多領域，特別是在武器裝備中，加速度計是構成慣性測試設備的重要器件。傳統的最常用加速度計是壓電式加速度計。近年來，隨著微米、納米技術的迅速發展，在加速計的研制領域也融入了這項技術，出現了微型加速計。自從20世紀80年代初以硅材料為基礎的新型加速度計問世以來，硅微加速度計以其優良的機械和電氣性能越來越受到人們的重視。隨著硅微機械加工技術的不斷成熟，實現了硅微加速度計的微型化、集成化和高靈敏度。

微電子機械系統(MEMS)在近十幾年來取得了飛速的發展，微加速度計是MEMS的一個重要分支，在航空、航天、汽車、國防等領域有著廣泛的應用。在這些系統中，利用精確的加速度計在鉆地過程中對加速度進行實時測量，以作為后續處理判決單元的源信號。因此，加速度計作為敏感元件，是直接影響提高引信系統精度的關鍵因素。隨著各類高新技術的應用，現代武器裝備的復雜性成倍增加，使用環境越來越嚴酷，對質量和可靠性的要求也越來越高，給微加速度計的可靠性保障帶來越來越大的困難。微加速度計的可靠性問題已成為阻礙它在武器系統中廣泛應用的重要因素之一。

為了確定微加速度計的耐久性和可靠性，并預測和消除未來的故障，通常在設計和制造周期期間會針對微加速度計特定的使用環境執行各種測試，如對微加速度計施加熱學載荷和動態載荷—高速旋轉、動態沖擊等，以識別可能發生故障的部位。近年來，一種新興的、被廣泛接受的可靠性測試方法—高加速壽命試驗（HALT）技術發展迅速。20世紀80年代末起源于美國，目前廣泛地應用于商業、工業以及國防的設計制造領域。該測試方法對暴露產品的潛在缺陷，改進產品的強度和可靠性非常有效。 HALT 試驗過程就是以步進方式對產品施加一系列單應力（如多軸隨機振動，溫度循環，電應力等）和組合應力，并逐步增加強度直至產品失效的過程。在 HALT 過程中對發生的每一個失效都進行根本原因分析,不斷進行試驗、分析、驗證和改進。

隨著系統復雜程度越來越高，利用傳統的可靠性分析方法往往需要耗費大量的時間和成本，因此在工程中越來越多借助仿真手段，然而目前尚未提供微加速度計對HALT測試的仿真。

發明內容

本發明為解決目前缺乏一種對微加速度計進行HALT測試的仿真方法的的技術問題，提供一種微加速度計在高速旋轉環境下的可靠性仿真方法。

本發明是采用以下技術方案實現的：一種微加速度計在高速旋轉環境下的可靠性仿真方法，其特征在于：

①利用仿真軟件ANSYS建立微加速度計的仿真模型，通過模型確認微加速度計的材料特性及參數，設計微加速度計的高速旋轉方案即微加速度計在旋轉臺上的放置方式，準備進行微加速度計在高速旋轉環境應力下的仿真；

②微加速度計在高速旋轉環境應力下的仿真步驟：

（1）根據所要仿真的微加速度計的使用環境，選定仿真的起始轉速ω，以及角速度變化量Δω，100 r/min ≤Δω≤500 r/min，并且起始轉速小于微加速度計在使用環境下轉速范圍的上限值；