电容式加速度传感器温度特性与补偿方法研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchuabnao
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强震观测台网中,强震仪的拾震器都是采用的电容式加速度传感器,它具备着着动态范围大、精度高、线性度好等优点。但是由于我国幅员辽阔,南北纬度跨越近50度,导致各地气候与温度相差十分剧烈,且不同季节之间温度变化也异常显著。这使得电容式加速度传感器在实际使用过程中,非常容易受到温度的影响。为此,本课题对于电容式加速度传感器的温度特性与补偿方法展开了相关研究。本文针对课题组的电容式加速度传感器系统模型进行了分析,并对电容式加速度传感器的温度特性进行了深入探讨,通过研究发现加速度传感器的弹性元件部分受到的温度影响最为严重,由此将对系统的输出误差造成很大影响,极大的降低数据质量。为了解决该问题,首先需要得出弹性元件受热后的变化,因此采用了有限元方法对传感器的弹性元件部分进行了仿真分析。通过对受力、约束条件进行探讨,构建了振动部分的有限元模型,并采用ANSYS的温度场仿真,对其进行热耦合仿真,由此获取到不同温度下弹性元件的形变云图。对云图采用路径取值的方式,获取弹性元件在不同温度下垂直向的偏移量,并结合电容极板与弹性元件关系,得到了温度变化与电容极板位移的数学模型。然后,为了校正由于温度引起的电容极板的偏移,对现有的加速度反馈系统进行分析,提出了一种基于电路反馈的温度补偿的方法。通过理论分析得出反馈电流与电容极板位移的关系,并结合得到的数学模型,计算出不同温度下反馈电流大小的理论值,并依据此分析搭建了反馈补偿的Simulink仿真模型,理论上初步验证了反馈补偿的可行性与有效性。后续根据理论与仿真分析结果,设计了温度反馈补偿电路。最后,针对设计的温度反馈补偿电路,在温控室内进行了传感器温漂对比实验,以及自然降温对比实验。从最后的实验效果来看,加入了反馈补偿电路的传感器系统,对于温度造成的影响有所改善,在一定程度上抑制了温度变化对系统的影响。
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