[发明专利]微加速度计在高速旋转环境下的可靠性仿真方法

说明书

本发明是一种微加速度计在高速旋转环境下的可靠性仿真方法。步骤如下：1、利用仿真软件建立微加速度计的仿真模型；2、初步设定一个离心旋转半径，根据微加速度计应用环境设定起始旋转角速度，仿真得到应力及位移云图，找出应力集中部位；3、从初始角速度开始以角速度变化量为步长逐步增加旋转角速度，直到使微加速度计即将失效的最大旋转角速度；4、以可承受的最大旋转角速度和旋转半径经公式计算得到可承受的最大离心加速度；5、改变旋转半径，重复步骤2到步骤4得到多个可承受最大离心加速度。经过比较分析确定微加速度计可以承受的最大离心加速度从而判断微加速度度计在高速旋转环境下的可靠性以及它的失效模式和失效机理。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

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，以识别可能发生故障的部位。近年来，一种新兴的、被广泛接受的可靠性测试方法—高加速寿命试验（HALT）技术发展迅速。20世纪80年代末起源于美国，目前广泛地应用于商业、工业以及国防的设计制造领域。该测试方法对暴露产品的潜在缺陷，改进产品的强度和可靠性非常有效。 HALT 试验过程就是以步进方式对产品施加一系列单应力（如多轴随机振动，温度循环，电应力等）和组合应力，并逐步增加强度直至产品失效的过程。在 HALT 过程中对发生的每一个失效都进行根本原因分析,不断进行试验、分析、验证和改进。

随着系统复杂程度越来越高，利用传统的可靠性分析方法往往需要耗费大量的时间和成本，因此在工程中越来越多借助仿真手段，然而目前尚未提供微加速度计对HALT测试的仿真。

发明内容

本发明为解决目前缺乏一种对微加速度计进行HALT测试的仿真方法的的技术问题，提供一种微加速度计在高速旋转环境下的可靠性仿真方法。

本发明是采用以下技术方案实现的：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；