[发明专利]一种冲击型加速度计热灵敏度漂移的测试装置及测试方法

说明书

本发明涉及一种冲击型加速度计灵敏度随温度变化的测试装置，包括温控箱、金属杆、气动系统、加速度计信号放大器、激光干涉测速装置、和用于数据采样及数据处理的计算机，金属杆由一支撑结构水平支撑并可轴向自由移动，其一端与气动系统相对中，另一端固定待测加速度计并置于温控箱内，所述加速度计的输出信号通过导线输入信号放大器；所述激光干涉测速装置发射激光到金属杆上并接受反射的激光，加速度计信号放大器和激光测速装置输出信号均通过数据导线分别与计算机相连接。通过绝对法得到待测加速度计灵敏度输出随温度的变化关系。本发明具有冲击加速度大、直接和较为准确的特点。

技术领域

本发明涉及微传感器的力学测试分析技术领域，特别是涉及一种冲击型加速度计热灵敏度漂移的测试装置与方法。

背景技术

高量程加速度计，即能够耐受高冲击的加速度计(即冲击型加速度计)现在有着广泛的用途。加速度计的热灵敏度漂移是一个重要的参数需要测量表征。加速度计的灵敏度一般是随温度而发生变化的，用热灵敏度漂移来表示，即是指加速度计的灵敏度随温度的变化关系。

加速度计一般分为小量程和大量程之分，其测试方法也显著不同。一般来说，对于小量程的加速度计来说，可利用振动台来进行灵敏度的温度测试，它是将振动台的传递杆通过温控箱体的底端或者侧壁置于温控箱内。如国标5347-17：1993中即采用此法，并且是以一个参考传感器放置于温控箱之外进行比对。该法的优点是可以在多个频率处进行测试，缺点是激励的加速度载荷较小。因此，这种方法对高冲击加速度计来说并不合适，比如，量程在1万g(1g＝9.8m/s²)以上的加速度计。因为高冲击加速度计的灵敏度非常小，通常在微伏量级，难以在振动台上进行准确测量。目前资料中很少有涉及公开的高冲击加速度灵敏度随温度变化的测试方法。95年一篇文献报道了一种高冲击加速度计灵敏度随温度的测试方法(Fabrication and characterization of high g-force,siliconpiezoresistive acceleromeers,sensors and actuatorss,A 48(1995)55-61,YuebinNing,Yan Loke,Graham Mckinnon)。在该方法中，将参考加速度计和被测试加速度计以及安装固定夹具一同放置于温控箱内，当在给定温度下进行一段时间恒温后，立即将整个夹具取出安装到冲击设备上，在较短时间内完成测试。该方法认为，在较短时间内，包含有加速度计的装置温度变化很小，对器件影响不大。该方法在高温过程测试具有一定的危险性。利用激光干涉或者应变计的霍普金森高冲击测试方法中，一般可以达到万g甚至10万g以上的冲击加速度，用来测试材料的力学特性或高冲击类型的加速度计。但用于变温测试的研究绝大部分局限在材料特性研究中，且是利用分离压杆霍普金森测试方法，即将材料放置于两根同样金属杆之间来研究一定温度下材料的力学特性。如，2009年一篇报道是有关利用分离压缩金属杆测量材料的性质变化，其中是采用外加热方式和机器手移动样品安装的方式进行研究[L.Berkovic,R.Ryckaert,A.Chabotier,L.Gilson,F.Coghe and L.Rabet，Modelingofhigh temper onAA5083andTi6Al4V，DYMAT 2009(2009)1663–1668，DYMATInternational Conferences]；还有采用原位加热的方法进行研究[Tong Chen,etal.Dynamic constitutive relation of EMC over a broad range of temperaturesand strain rates,2009international conference on electronic packagingtechnology&high density packaging,IEEE 2009,pp733-736.]。但针对加速度计器件的测试研究，却采用不同的测试方法，一般是将加速度计放置在一个金属杆的尾端进行研究，与研究材料特性的方法有很大差别。材料测试是将被测试的块体材料放置于相同的两个金属杆之间的挤压进行，加速度计的测试是采用单独一根金属杆，将加速度计放置在金属杆的尾端，均为霍普金森法。对于加速度计的测试来说，激光聚焦和反射部位一般是在固定加速度计的位置处。由于加速度计固定在温控箱内，难以通过温控箱的观察玻璃窗口进行激光对准。