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风洞,作为空气动力学研究最基本也是最重要的工具之一,它对模型测试数据的精确性直接影响着模型的后续研究。模型表面压力测量是风洞试验中最基本也是最重要的试验之一。压力传感器作为风洞试验中模型表面压力测量的重要工具,其技术指标的提升就显得非常有必要。本文主要对测量范围为0-100kpa的扩散硅绝压传感器进行研究。
本文首先对MEMS技术进行了简要介绍,引出MEMS传感器技术的发展现状;同时对目前风洞试验中常用的模型表面压力测量方式进行详细介绍,提出本次设计绝压传感器的必要性;
接着对硅压阻式压力传感器的工作原理进行分析。通过对感压薄膜的力学结构的分析与比较,实现传感器结构的改进。采用ANSYS软件进行有限元模拟,并从模态分析、谐响应分析、瞬态结构动力学三个方面对传感器弹性元件的动态特性进行了研究,得出设计的传感器弹性元件有良好的动态响应特性。
然后研究了如何用ANSYS软件实现弹性元件的结构优化,通过建立传感器弹性元件的力学模型、优化参数模型、优化数学模型实现结构优化并获得最优结果,优化结果表明该方法对传感器的弹性元件结构起到了很好的优化作用。
最后,通过样品试制以及样品各方面性能测试,验证了所设计的绝压传感器各方面性能指标均满足设计要求。