mems高g值加速度传感器的失效分析

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1、MEMS高g值加速度传感器的失效分析谭杨康2016年1月中图分类号：TP212UDC分类号：531MEMS高g值加速度传感器的失效分析作者姓名谭杨康学院名称机电学院指导教师高世桥教授答辩委员会主席高尔新教授申请学位工学硕士学科专业力学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月FailureAnalysisofMEMSHighgAccelerometerCandidateName：TanYangkangSchoolorDepartment:SchoolofMechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.GaoShiqiaoChair,T

2、hesisCommittee：Prof.GaoErxinDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan.2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学

3、位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要在各类运动过程的监控系统中都广泛的需要用到加速度传感器，用以对物体的加速度特性进行检测监测，得到被测物体的运动信息，为后期进行的运动分析提供参考数据。作为本文的研究对象，MEMS高g值加速度传感器具有较高的量程，主要在冲击、爆炸、侵彻等恶劣环境中使用。因此为了保证传感器在实际应用中的可靠性，对其抗过载能力有着严格的要求。本文针对MEMS高g值传感器在工作过程中出现失效的情况，通过多种手段对这个问题进行了研究。首先阐述了MEMS微加速度传感器的失效的基本理论，介绍了MEMS器件的常用结构，以及失效

4、问题的常用研究手段。随后介绍了作为本文研究对象的MEMS高g值加速度传感器，包括传感器的结构、工作原理。针对传感器在高冲击载荷作用下的失效问题建立了理论模型，通过准静态理论、振动理论以及应力波理论从三个角度对传感器在高过载下的响应特性进行了理论分析。通过仿真计算的手段研究了MEMS高g值加速度传感器在经受了高冲击过载之后，结构中产生的残余形变对传感器性能的影响，以及MEMS加速度传感器在加工过程中所采用的工艺手段对结构失效产生的影响。最后使用分离式霍普金森压杆以及马歇特落锤等设备，对MEMS加速度传感器的抗过载性能以及失效情况进行了实验研究，通过与标准传感器的输出进行对比，研究M

5、EMS高g值加速度传感器的输出性能。关键词：微机电系统；加速度传感器；过载；失效机理；仿真计算I北京理工大学硕士学位论文AbstractAccelerometersarewidelyusedinthemonitoringsystemofallkindsofmotionprocesses,obtainingaccelerationcharacteristicandmotioninformationofdetectedobjects,whichcanprovidereferencedataforthekinematicanalysis.MEMShighgaccelerometerwi

6、thitshighrange,ismainlyusedinharshenvironmentssuchasshock,explosionandpenetration.Therefore,inordertoensurethereliabilityofit,strictrequirementsmustbeappliedtoitsoverloadcapabilityInordertoexplainthefailureoccursinMEMShighgaccelerometerduringworkingprocess,variousmeanshavebeenappliedonit.Firs

7、tthebasictheoryofthefailureofMEMSaccelerometeriselaborated,includingthecommonstructureofMEMSdevicesaswellasthecommonresearchmethodsoffailureproblems.ThentheMEMShighgaccelerometerbeingresearchedonisintroduced,includingthestructureandtheworking