横向灵敏度是指加速度计在承受一个正交于敏感方向的加速度信号时,其输出与输入加速度之比。横向灵敏度与轴向灵敏度之比称为“横向灵敏度比”,它是衡量传感器性能的重要指标。

 

 

图1  加速度计横向灵敏度示意图

 

 

图2  加速度计横向灵敏度典型极坐标图

 

由于加速度计横向灵敏度具有方向性,在与被校加速度计主轴垂直的横向平面内输入信号方向不同,其横向灵敏度大小不同。理论上,加速度计最大横向灵敏度比的方向与最小横向灵敏度比方向角相差90°,因此,加速度计横向灵敏度测试的目标是测定:1、最大横向灵敏度比;2、加速度计横向效应最小的角度。

 

01-加速度传感器横向灵敏度产生的原因

不同类型的加速度计,其横向输出特性与其结构有着密切的关系,以下对常用的几款加速度计横向灵敏度产生的原因进行分析。

(1)造成压电式加速度计具有横向输出特性的原因主要有:机械加工及封装误差;压电元件本身横向压电效应;结构设计不合理;装配不当产生附加应力。

(2)硅微电容式加速度计一般采用差动电容进行测量。当过大的横向加速度使得两对电极的极板正对面积发生变化;或质量块沿獭扭转,造成两对电极的不平行;强烈共振作用下或振动组件中横梁的强度不均匀所引起质量块的变形,这些情况都会造成加速度计的横向输出。

(3)压阻式加速度计采用了半导体平面工艺和各向异性腐蚀相结合的工艺,为了在悬臂梁的根部加工出应变电阻,要求悬臂梁顶面与基片表面在同一平面上,由此造成了质量块的中心与支撑梁的中性面的不重合,这正是造成硅微加速度计横向输出的主要原因。

 

02-不同横向灵敏度测试方法比较

不同的横向灵敏度测试方法适用于不同的测试要求,下表比较了不同测试方法适合的频率范围和加速度幅值范围。

 

 

表1  横向灵敏度测试方法比较

 

从测试效率、频率范围及加速度幅值范围考虑,东华测试选择双轴振动激励法进行加速度计横向灵敏度的测试。

 

 

图3  双轴振动激励法测试装置实物图

 

 

图4  软件界面及横向灵敏度极坐标图

加速度传感器横向灵敏度