沖擊測試傳感器的進步及經(jīng)驗教訓(xùn)（上）

    新產(chǎn)品開發(fā)時經(jīng)常要進行沖擊測試，研發(fā)人員首先確定要測量的正確參數(shù)，然后選擇最合適的傳感器。由于被測對象，目前還沒有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用于確定測量參數(shù)和選擇傳感器。但是制造商、認證機構(gòu)和測試室都需要可靠的方法用于驗證設(shè)備，特別是這些設(shè)備涉及到人身安全時。 

    本文探索沖擊測試傳感器的進步，包括多模阻尼、ESD防護和低噪音電纜。我們將比較傳統(tǒng)技術(shù)和新技術(shù)，并展示這些改進。     

教訓(xùn).1：多模阻尼的好處

    聽上去似乎有些反直覺，你可能因為失手把一個2000g量程的加速度計掉到地板上而摔壞它。可能是加速度計經(jīng)歷了超過2000g的沖擊，但是更大可能是沖擊激發(fā)的共振損壞了加速度計。許多人認為阻尼的好處是在安裝后測試過程中保護傳感器，其實在安裝前傳感器更容易被損壞。適當(dāng)?shù)冒惭b好加速度計后，加速度計就是相對于被測對象的相對運動傳感器。在安裝好之前，加速度計可能被在任意角度撞擊，被扔進儲物柜的另一個傳感器碰撞，或者無意中被靜電釋放沖擊。失效分析經(jīng)常會富有爭議，因為無法確定傳感器有缺陷還是使用不當(dāng)造成損壞。

    作為一家每年售出成千上萬的加速度計生產(chǎn)商，我們顯然需要尋求解決加速度計在現(xiàn)場容易損壞問題的方法。阻尼是一個不錯的解決方案，但是氣阻尼還是油阻尼更好呢? 就可應(yīng)用的傳感元件而言，油阻尼受到限制；油阻尼有可能影響傳感器隨著溫度變化而變化的性能，也可能導(dǎo)致糟糕的頻率響應(yīng)。氣阻尼也有一些問題，難于控制阻尼量的大小和測量到底有多大的阻尼，總的來說清除共振的效果較差。油阻尼只對尺寸大的應(yīng)變計實用，而且昂貴臟亂；而壓阻MEMS內(nèi)部空間太小不適合填充油液。因此氣阻尼是壓阻加速度計的選擇，但是如何得到足夠的氣阻尼同時不限制頻率響應(yīng)呢？

    壓阻MEMS加速度計的制造是半導(dǎo)體流程，每個傳感器由三個晶片堆疊。三個晶片要固定到一起，在此過程中我們引入壓力和溫度參數(shù)以控制密封在加速度計中的氣體的量，從而實現(xiàn)控制阻尼的大小。

   增加阻尼的主要目的是保護加速度計免于造成破壞的頻率。為了實現(xiàn)這一點，我們需要理解加速度計的固有頻率，這些頻率下的共振是激勵出振鈴和造成加速度計損壞的元兇。我們的2000g加速度計有兩個接近的頻率模式：一個是25kHz（傳感方向），第二個是36kHz（對角傾斜方向）。傳感器設(shè)計的目標(biāo)是成功的衰減這兩個多模阻尼的模式，同時保持平直的頻率響應(yīng)（多數(shù)情況下保持到10kHz，而且到40kHz也沒有明顯的共振）。這樣可以正確的平衡足夠的阻尼以阻止振鈴和保持出色的頻率響應(yīng)的兩種需求。

圖1 多模阻尼典型頻率響應(yīng)

   高度成功的氣阻尼不僅在安裝前保護加速度計，而且在測試中保護加速度計免于危險的振鈴問題。一方面振鈴可能損壞一個加速度計，另一方面更為常見的是振鈴造成數(shù)據(jù)采集的零點漂移或者飽和。兩種情況都能導(dǎo)致不良數(shù)據(jù)，特別是需要積分到振動速度值時。

- 未完待續(xù) -

在下一期，我們將繼續(xù)向您介紹ESD（靜電釋放）保護的重要性以及運動誘導(dǎo)電纜噪音的影響。

艾克賽普公司是PCB合作伙伴，如果您對測試傳感器有需求或技術(shù)疑問，歡迎聯(lián)系我們提供免費樣機上門試用和定制測試解決方案。