基于ANSYS的压电四维力传感器一种优化设计方法.pdf

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1、第24卷第1期传感技术学报Vol。24No．1CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJan．201l2011年1月AnOptimizationDesignMethodofFour—AxisPiezoelectricSensorBasedontheANSYSXUBin，QINLan，XULian，LIUJun(CollegeofOptoelectronicEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Aimingattheproblemthatitisdificu

2、lttograsptherelationshipsofthestructureandperformanceinthedesignprocessofmulti—axispiezoelectricityforcesensor，anoptimizationdesignmethodbasedontheANSYSisproposed．Thefour。axisforcesensorisconstitutedaccordingtoaspecificlayoutwithdifferentcutting—typequartz．Theinfluenceoftheelasticfilmonth

3、eperformanceofthesensorhasresearchedbyusingtheANSYS．Theanalysisshowthatitcaneffectivelyadjustthesensitivityandnaturalfrequency，andimprovethesensordesignprecision．Keywords：quartzcrystal；piezoelectricsensors；elasticfilm；ANSYS；optimizationdesignEEACC：0220；0290doi：10．3969／j．jssn．1004—1699．201

4、1．01．008基于ANSYS的压电四维力传感器一种优化设计方法水许斌，秦岚，薛联，刘俊(重庆大学光电工程学院，重庆400044)摘要：在压电式多维力传感器设计过程中，传感器结构对性能的影响难以准确把握，提出一种基于ANSYS的传感器优化设计方法。把不同切型的石英晶片按照特定的双环结构排列实现空间四维力的测量。运用ANSYS有限元软件，研究压电式四维力传感器弹性膜对传感器灵敏度与固有频率的影响规律。分析结果表明：该方法能够有效的平衡传感器灵敏度与固有频率的相互制约，提高传感器的设计精度。关键词：压电晶体；压电传感器；弹性膜；有限元分析；优化设计中图分类号：TP212．6文

5、献标识码：A文章编号：1004-1699(2011)01-0036-05一直以来，人类社会不断致力于改变信息摄取和求解。在传感器结构中，内外环弹性膜主要用于落后的现状，传感器技术成为迅猛发展起来的高新调节传感器内外壁的刚度，使石英晶片均匀受力，减技术之一，它与通信技术、计算机技术构成1r信息技小传感器的微间干扰。但是由于弹性膜刚度小、受术的三大支柱⋯。压电式多维力传感器在测量级结构的影响大，对传感器灵敏度及刚度的影响就十别达到10。N的重机械以及测量微弱力信号的造纸分明显，同时内外环弹性膜本身精准数学模型建立技术等领域有着广泛而重要的应用。目前传感及求解十分困难。文献显示

6、，目前很少有弹性膜与器主要是根据设计者经验的被动设计，针对使用特传感器性能的关系的研究。本文运用ANSYS有限点和应用场合的主动设计和优化设计还很难做到。元分析软件研究压电式四维力传感器灵敏度、固有传感器的优化设计最根本的问题是建立传感器数学频率与传感器内、外环弹性膜的关系，通过分析比较模型，由数学模型揭示传感器弹性体的应力和应变合理选取内、外环弹性膜参数，实现了传感器的一种关系，诠释传感器的力学特点和维间耦合的本质关优化设计方法。系。有限元的方法运用到传感器设计过程当中，1传感器机理如进行PZT压电薄膜微传感器压电分析J，压电式四臂加速度计模拟分析。以及三维力压电式加速

7、压电式四维力传感器主要是通过不同切型的石度传感器设计等，有效的解决了数学模型的建立英晶片按照特定的排列组合方式构成石英晶组进行项目来源：高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20100191110011)；2010年度重庆市工业发展资金(产研专项)资助课题；中央高校基本科研业务费资助(CDJXSIl122220，CDJXS11121145)收稿日期：2010—06—29修改日期：2010—08—29第1期许斌，秦岚等：基于ANSYS的压电四维力传感器一种优化设计方法37空间力／力矩信息解析。如图1所示，晶片布局呈传感器结构参