冲击测试传感器的进步及经验教训（上）
2025-01-09
新产品开发时经常要进行冲击测试，研发人员首先确定要测量的正确参数，然后选择最合适的传感器。由于被测对象的独特性，目前还没有工业标准用于确定测量参数和选择传感器。但是制造商、认证机构和测试室都需要可靠的方法用于验证设备，特别是这些设备涉及到人身安全时。
本文探索冲击测试传感器的进步，包括多模阻尼、ESD防护和低噪音电缆。我们将比较传统技术和新技术，并展示这些改进。
教训.1：多模阻尼的好处
听上去似乎有些反直觉，你可能因为失手把一个2000g量程的加速度计掉到地板上而摔坏它?？赡苁羌铀俣燃凭顺?000g的冲击，但是更大可能是冲击激发的共振损坏了加速度计。许多人认为阻尼的好处是在安装后测试过程中?；ご衅?，其实在安装前传感器更容易被损坏。适当得安装好加速度计后，加速度计就是相对于被测对象的相对运动传感器。在安装好之前，加速度计可能被在任意角度撞击，被扔进储物柜的另一个传感器碰撞，或者无意中被静电释放冲击。失效分析经?；岣挥姓?，因为无法确定传感器有缺陷还是使用不当造成损坏。
作为一家每年售出成千上万的加速度计生产商，我们显然需要寻求解决加速度计在现场容易损坏问题的方法。阻尼是一个不错的解决方案，但是气阻尼还是油阻尼更好呢? 就可应用的传感元件而言，油阻尼受到限制；油阻尼有可能影响传感器随着温度变化而变化的性能，也可能导致糟糕的频率响应。气阻尼也有一些问题，难于控制阻尼量的大小和测量到底有多大的阻尼，总的来说清除共振的效果较差。油阻尼只对尺寸大的应变计实用，而且昂贵脏乱；而压阻MEMS内部空间太小不适合填充油液。因此气阻尼是压阻加速度计的最好选择，但是如何得到足够的气阻尼同时不限制频率响应呢？
压阻MEMS加速度计的制造是半导体流程，每个传感器由三个晶片堆叠。三个晶片要固定到一起，在此过程中我们引入压力和温度参数以控制密封在加速度计中的气体的量，从而实现控制阻尼的大小。
增加阻尼的主要目的是?；ぜ铀俣燃泼庥谠斐善苹档钠德?。为了实现这一点，我们需要理解加速度计的固有频率，这些频率下的共振是激励出振铃和造成加速度计损坏的元凶。我们的2000g加速度计有两个接近的频率模式：第一个是25kHz（传感方向），第二个是36kHz（对角倾斜方向）。传感器设计的目标是成功的衰减这两个多模阻尼的模式，同时保持平直的频率响应（多数情况下保持到10kHz，而且到40kHz也没有明显的共振）。这样可以正确的平衡足够的阻尼以阻止振铃和保持出色的频率响应的两种需求。
图1 多模阻尼典型频率响应
高度成功的气阻尼不仅在安装前?；ぜ铀俣燃?，而且在测试中?；ぜ铀俣燃泼庥谖Ｏ盏恼窳逦侍?。一方面振铃可能损坏一个加速度计，另一方面更为常见的是振铃造成数据采集的零点漂移或者饱和。两种情况都能导致不良数据，特别是需要积分到振动速度值时。
- 未完待续 -
在下一期，我们将继续向您介绍ESD（静电释放）?；さ闹匾?/strong>以及运动诱导电缆噪音的影响。
艾克赛普公司是PCB合作伙伴，如果您对测试传感器有需求或技术疑问，欢迎联系我们提供免费样机上门试用和定制测试解决方案。
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