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测试测量

测试测量

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  • 发布时间:2019-07-11 00:00:00
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概要:
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MEMS传感器在测试测量领域的应用
 
  MEMS经过四十多年的发展已成为世界瞩目的重大科技领域之一。与传统的传感器相比,采用微电子和微机械加工技术制造出来的MEMS传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点,在测试测量领域的应用也极为广泛。
 
 
模态分析
 
  模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模态分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。
 
  振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性,就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。
 
机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动模态各不相同。模态分析提供了研究各类振动特性的一条有效途径。首先,将结构物在静止状态下进行人为激振,通过测量激振力与响应并进行双通道快速傅里叶变换(FFT)分析,得到任意两点之间的机械导纳函数(传递函数)。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合,识别出结构物的模态参数,从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理,在已知各种载荷时间历程的情况下,就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。
 
  近十多年来,由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展,试验模态分析得到了很快的发展,受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。
 
美泰科技自主研发的MSV3000三轴DC响应振动传感器采用钛合金气密封装,重量仅为26克,量程覆盖±2~±20000 g,带宽(±5%)达到5000Hz,30mW超低功耗,在发动机模态分析、发动机振动测量、飞行气动弹性和颤振测试等领域应用广泛。
 
 
飞机导弹PHM和直升机HUMS
 
  PHM是Prognostic and Health Management 的缩写,即故障预测与健康管理。PHM广泛应用于各个领域。在电子系统中,PHM的主要意义在于,提前预知将要发生故障的时间和位置,预测整个系统的RUL(Remaining Useful Life,剩余使用寿命),提高系统的运行可靠性,减少系统的维修费用和提高维修准确性,实现电子系统的CBM(Condition Based Maintainence,基于状态的维修)。同时,PHM系统记录分析电子系统的健康数据,像管理人体健康一样,对整个系统进行健康管理。
  
  HUMS是(Health and Usage Monitoring System)的缩写,即直升机健康与使用监控系统,是一个集航空电子设备、地面支持设备及机载计算机监视诊断产品于一体的复杂系统,用于监测飞行过程中关键轴承、齿轮箱和发动机部件的运行状态。
 
汽车NVH测试
 
  噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题,它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示,整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系,而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。
 
  NVH特性的研究不仅仅适用于整个汽车新产品的开发过程,而且适用于改进现有车型乘坐舒适性的研究。这是一项针对汽车的某一个系统或总成进行建模分析,找出对乘坐舒适性影响最大的因素,通过改善激励源振动状况(降幅或移频)或控制激励源振动噪声向车室内的传递来提高乘坐舒适性。
 
  汽车动力总成悬置系统的隔振研究以及发动机进排气噪声的研究是改善整车舒适性的重要内容,动力总成液压悬置系统的发展与完善使这一问题得到较好的解决。悬架系统和转向系统对路面不平度激励的传递和响应对驾驶员及乘客的乘坐舒适性有很大影响,分析悬架系统的动力学特性可以改善它的传递特性,减少振动和噪声;通过对转向操纵机构和仪表板进行有限元分析,可以使转向柱管、方向盘的固有频率移出激励频率范围并保证仪表板的响应振幅最小。汽车制动时产生的噪声严重影响了车室内乘员的舒适性,实验证明制动噪声主要是由于制动器摩擦元件磨损不均匀造成的,通过对制动盘等元件进行有限元分析以及它的磨损特性对产生噪声的影响等问题的研究,可以改善制动工况下的整车NVH特性。另外,随着车速的不断提高,高速流动的空气与车身撞击摩擦产生的振动噪声已经成为车室噪声的重要来源。
 
MEMS倾角传感器在测试测量领域的应用
 
民用领域:
 
• 工程车辆调平,和高空平台安全保护(起重机、伸缩机械手等);
 
• 定向卫星通讯天线的俯仰角测量;
 
• 船舶、飞机航行姿态测量;
 
• 盾构顶管应用;
 
• 大坝检测;
 
• 地质设备倾斜监测;
 
• 组合车载导航系统;
 
• 汽车四轮定位仪;
 
• 水上工作平台或者石油井台的水平测量;
 
• 工程机械(倾角传感器在工程机械中的应用);
 
• 机器人平衡系统;
 
• 铁道轨距尺;
 
• 安全控制,监控,报警。
 
军事领域:
 
• 火炮炮管初射角度测量;
 
• 雷达车辆平台检测;
 
• 卫星通讯车姿态检测;
 
• 训练器材;
 
• 精密工作平台水平角度调整控制。
 
技术特点:
 
• MEMS硅微机械传感器测量以水平面为参考面的双轴倾角变化。
 
• 输出角度以测量基准面为参考,测量基准面出厂时被校准,用户可进行基准面校准。
 
• 倾角变化以数据方式输出,接口形式包括RS232、RS485、RS422、现场总线多种方式。
 
• 用户通过串口指令再次设定倾角相对零点输出位置。
 
• 产品包括有外壳封装和OEM板两种形式,封装外壳的产品防水等级IP55,抗外界电磁干扰能力强。
 
• 承受冲击震动能力强。
 
高冲击试验和爆炸测试
 
  美泰科技开发的MEMS压阻式高g加速度传感器采用坚固金属封装,惠斯通全桥电路,且重量仅为2克,量程范围覆盖±20000到±100000,频率响应达到50kHz,广泛应用于高冲击试验、爆炸测试和强碰撞检测。
 
汽车安全气囊
 
  安全气囊传感器一般也称碰撞传感器,按照用途的不同,碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器,用于检测碰撞时的加速度变化,并将碰撞信号传给气囊电脑,作为气囊电脑的触发信号;防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器,它与触发碰撞传感器串联,用于防止气囊误爆。
 
  按照结构的不同,碰撞传感器还可分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构,触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动(滚动或转动)来控制电气触点动作,再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断,常见的有滚球式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点,目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式,它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。
 
  美泰科技自主研发的安全气囊用加速度传感器采用硅MEMS电容式原理,测量范围±2 ~ ±200g,SOIC16标准封装。具有高线性度,可靠性高等特点。
 
汽车假人碰撞试验
 
  碰撞测试假人是用来模拟车祸对人体的影响的真人一样大小的玩偶。假人上装有许多测量撞击测试时产生的加载的传感器。在最佳情况下假人的生物力学性能应该和人体一样——比如身体各部分的大小和质量,以及关节的刚性,等等,只有这样使用它们的模拟才能和现实相匹配。不同的假人模拟男性或者女性的身体,以及不同身高和年龄的人体。对于一些交通工具来说使用碰撞测试假人的测试是型号许可的必要条件。
 
  美泰科技独立研制的硅MEMS压阻式假人碰撞传感器已通过碰撞、振动与冲击试验。具有低阻尼、DC响应等特点。目前已配套国内诸多知名整车碰撞试验室。
 
飞行试验和发动机检测试验
 
  MEMS压力传感器在飞行中、飞行试验、发动机检测试验、结构强度试验、风洞试验,以及在设备的制造生产过程中应用十分普遍。压力测量的特点是:被测压力种类多、涉及范围广、测压点多,要求测量精度高。
 
流量测量
 
  测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表,是工业测量中最重要的仪表之一。随着工业的发展,对流量测量的准确度和范围要求越来越高,为了适应多种用途,各种类型的流量计相继问世,广泛应用于石油天然气、石油化工、水处理、食品饮料、制药、能源、冶金、纸浆造纸和建筑材料等行业。
 
  流量计中正在更多地引入电子技术,如数字信号处理(DSP)和微处理器,这使得流量计具备了自诊断功能,并且能够更好地与生产控制层面进行通信。性能的提高更好地满足了行业用户的需求,给流量计创造了更多的市场应用空间。
 
  传统的机械式流量计,例如差压式流量计、容积式流量计和变面积式流量计,已经处于普及化阶段,价格竞争激烈,利润空间日益减少,技术革新较少,市场相对成熟。用户群体希望生产商能够提供为生产过程带来切实利益的自动化设备。用户在产品应用过程中会产生具体的需求,美泰科技生产的系列流量传感器,具有响应时间快、测量精度高和高可靠性等特点。

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