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在航空发动机、高速飞行器、核反应堆、大型轮船内燃机等高温工作的环境中(600℃以上,甚至高达1000℃),其核心部件的结构健康监测迫切需要耐高温加速度计。而基于压电材料的高温加速度计具有高灵敏度、高稳定性、高带宽等优势,在高温环境中也具有较好的稳定性优势受到研究者的广泛关注。目前国外商业化高温压电式加速度计可以在650℃长时间稳定工作,在777℃短时间工作;国内商业化的高温压电加速度计只能在482℃以下工作,显然不能满足上述高温领域的应用。高温压电加速度计中的核心材料压电材料在高温下不稳定是限制其向更高工作温度上发展的重要因素。比如说,传统的压电陶瓷材料会丧失压电性能因超过其居里温度(典型的温度如PZT为100～200℃);石英(α-Si02)在573℃时发生α-β相变;铌酸锂(LN)从300℃开始发生化学分解。近年来有文献报道硅酸镓钽钙(CTGS)和稀土硼酸盐(YCOB)两种压电晶体材料在高温下具有高电阻率、高化学稳定性和良好的压电性能,有望应用于高温加速度计。目前基于上述两种材料的加速度计处于初步探索阶段,限制其应用的主要原因是传感器灵敏度偏小,温漂过大。针对上述问题,本文提出采用切向优化的方式提高灵敏度和不同温度系数压电晶体叠加降低温漂的方法,探索基于高温压电晶体(CTGS和YCOB)的压缩式压电加速度计在高温上应用。本文开展的主要研究工作如下:1、通过理论分析加速计的等效模型(质量块-弹簧振动的一维数学模型),推导出压缩式压电加速度计的灵敏度与压电材料的压电应变常数(dii)成正比;通过切型优化的方式提高dii从而提高灵敏度;同时依托于YCOB和GdCOB(与YCOB都属于ReCOB系列的晶体材料)其dii具有相反的温度特性,提出采用的多层压电材料叠加的方式来降低灵敏度温漂。2、为了对基于CTGS和YCOB晶体的高温压电加速度计进行优化设计,实测了两种压电晶体材料参数随温度的变化趋势。测量了 450～800℃温度区间CTGS和YCOB的电阻率随温度变化的趋势从电阻率的角度初步探索分析两种材料高温应用的可能性,结果表明,在高温下YCOB的电阻率优于CTGS的电阻率且变化率相比于CTGS较小,仅从电阻率的角度说明YCOB比CTGS更适合于高温应用。采用IEEE标准法(阻抗法)测量了 20～800℃温度区间内全套的CTGS和YCOB压电应变常数,利用旋转矩阵公式从理论上计算压电晶体材料绕单轴旋转所获得的切型的压电常数,找出具有最大压电应变常数的切型即理论上认为该切型制备的压缩式加速度计具有最高灵敏度。计算结果表明CTGS晶体的X片切型具有最大压电应变常数(d11),YCOB晶体的YZl/45°切型具有最大的压电应变常数(d22_YZl/45°)。3、从实验上验证通过切型优化的方式可以提高灵敏度和不同温度系数的压电材料叠加的方式可以降低温漂,首先制备了高温压电加速度计,接着测试了加速度计20～800℃的灵敏度。对于CTGS所制备的加速度计来说高于500℃以后因器件的电阻急剧降低而失效;对于YCOB采用两种不同切型(YZl/15°和YZl/45°)的样片分别制备压缩式加速度计,测试结果表明采用YZl/15。制备的加速度计灵敏度低于YZl/45°切向所制备的加速度计,证明采用切型优化的方式来提高加速度计的灵敏度是可行的;采用具有负温度系数的压电晶体GdCOB,与正温度系数的压电材料YCOB叠加补偿的方法来降低器件的灵敏度温漂,实验结果表明仅仅用YCOB压电加速度计温漂到达34.17%,而用GdCOB所制备的加速度计温漂-65%,当YCOB与GdCOB叠加数量比例为2:1时,温漂最小12%,说明利用不同温度系数材料叠加的方式是可以降低温漂的。