三轴强冲击加速度传感器详解

美国Endevco 公司研制的7274 系列压阻式三轴加速度传感器，如图6-15(a)所示，该系列产品有0.2 ×104g、0.6 ×104g、2 ×104g、6 ×104g 四个量程，采用双螺钉硬连接方式安装，质量2.9 g。7284 系列压阻式三轴加速度传感器如图6-15(b)所示，该系列产品有2 ×104g、6 ×104g 两个量程，抗过载能力分别是6 ×104g、18 ×104g，同样采用双螺钉硬连接方式安装，质量3.6 g。7274 和7284 系列三轴冲击传感器都是组合三轴结构，采用三个MEMS 芯片立体微装配形式，分别敏感三轴向加速度测量。

图6-15 Endevco 公司三轴冲击传感器

(a)7274 型；(b)7284 型

美国陆军实验室强冲击试验测试装置，采用Endevco 公司生产的73 系列表面贴装结构强冲击三轴加速度传感器，将三个表面贴装结构的单轴加速度传感器正交安装于一个立方体表面，构成贴装方式的三维加速度传感器，如图6-16 所示。

图6-16 应用73 表面贴装传感器

美国PCB 公司研制的3503A 系列压阻式三轴加速度传感器如图6-17(a)所示，采用三角形结构设计，外形尺寸为6.35 mm×11.8 mm×11.8 mm，该系列产品有2 ×104g 和6 ×104g 两个量程，抗过载能力分别是6 ×104g 和8 ×104g，采用通孔螺钉硬连接方式安装，质量2.83 g。6 ×104g 量程3503A1160KG 型号产品的频响为10 kHz，标称谐振频响120 kHz，灵敏度0.3 μV/g。3503C 系列压阻式三轴加速度传感器如图6-17(b)所示，外形尺寸3.8 mm×9.6 mm×7.1mm，该系列产品有2 ×104g 和6 ×104g 两个量程，抗过载能力分别是6 ×104g 和8 ×104g，采用陶瓷封装，表面安装焊接到电路板上，质量为0.82 g。3503A 和3503C 两个系列三轴冲击传感器也都是组合三轴结构，采用三个单轴MEMS 芯片或者单轴传感器立体装配在一起构成三轴传感器。

图6-17 PCB 公司三轴强冲击加速度传感器(www.xing528.com)

(a)3503A 系列；(b)3503C 系列

Endevco 公司和PCB 公司三轴强冲击加速度传感器代表性产品表明，国外利用三个单轴传感器组合成三轴冲击加速度传感器是主要方式，最高量程6 ×104g，它的优点是三轴向交叉耦合小。2 ×104g 以上量程产品对中国实行严格出口限制。

中科院上海微系统所研制了单片集成的三轴压阻式强冲击加速度传感器，如图6-18 所示，量程6 ×104g，x、y 轴方向为带过载保护曲面的悬臂梁结构，z 轴方向为三梁双岛式结构，在同一个平面上集成了两种不同形式硅梁结构，分别敏感3 个轴向加速度，但工程并不容易真正解决横向耦合效应过大的问题。

图6-18 上海微系统所强冲击三轴加速度传感器

中北大学石云波教授设计了一种RTD 三轴MEMS 强冲击加速度传感器，敏感芯片位于两层玻璃板中间，其上有两个双端固支的梁-质量块结构，用于测量x 和y 轴加速度，四端固支的结构用z 轴方向加速度测试，如图6-19 所示。

图6-19 中北大学三轴强冲击加速度传感器

组合方式强冲击三轴加速度传感器成熟度较高，各个敏感单元之间相互独立，互不干扰，而这种结构也存在耦合，耦合主要来源于支撑体的形变以及强冲击下的振荡，但解耦方式相对简单。在三个正交安装面上贴装三个敏感单元的方式保证了三个测量轴向交汇于一点，芯片级立体微装配是技术关键。