预紧式并联六维加速度传感器的故障自诊断算法研究开题报告

1. 研究目的与意义

六维加速度传感器是一类多学科交叉的机电一体化系统，是机器人，航空航天，生物医疗[1-2]等领域获得动力参数的一种新型惯性测量仪。但是目前国内外的科学家的研究主要集中在三维领域[3-4]，对于可以同时测量载体加速度6个分量的传感器其弹性体结构复杂，缺乏成熟的设计理论，国内外对其研究还处于初步的探索和研究阶段，对其性能建模及结构优化这两方面的研究还不多[5-7]，另外六维加速度在无陀螺捷联惯导系统，航天器，机器人，地震预测，武器技术等领域具有广泛应用所以，寻求一种途径进行六维加速度传感器的设计成为多维加速度传感器研究领域的一项重要课题，研制六维加速度传感器具有重大的理论和实践意义，而且六维加速度传感器开展深入的理论研究和试验研究有助于推动多维传感器产业及其牵连产业的发展，完全符合我国科技的长期发展需求和战略规划方向，顺应中国梦的本质内涵，具有十分明显的科学意义和实用价值。

2. 国内外研究现状分析

国内外科学家对多维加速度传感器研究主要集中在三维领域，而且取得阶段性的成果。但是六维加速度传感器一直是传感器研究的难点，国内外的研究都不多。根据检索文献来说，现在主要有质量块作用型和基座作用型两类。

早期的压电式三维加速度计有k.okada研制。kijin kwon等利用硅键合工艺制作了压电式三维加速度计[8]。三维加速度多维组合式，它们多是多个单轴加速度计按照正交布置拼装在一起[9]。最典型就是3355型三维加速度传感器[10]由于测量误差较大，并且封装面积大。于是junseok chae等人设计了一种微硅电容三维加速度传感器[11]如下图。传感器的灵敏度比较高，但测量频较小，且传感器加工工艺过于复杂。henrik等人设计了另外一种传感器，这种传感器虽然具有灵敏度高，各向同性度高，横向灵敏度小，结构简单等优点，但是其维间的耦合误差较大，降低了测量精度，且封装成本较高，体积较大。有人设计了一个微机械的，压阻的，完全集成的三维加速度传感器，这种虽然加速度灵敏度高但是微间耦合较大。

在国内，燕山大学的王玉田等设计了三维压电加速度传感器，在力学系统上采用剪切，压缩复合式单质量块结构，有利于减少与各向对应的横向灵敏度，提高精度然而由于压电系数不相等，所以测量精度在各方向相差很大。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）通过adams对预紧式并联六维加速度传感器进行机械运动的受力情况，运动状态的分析

（2）通过对分析出来数据进行算法优化，达到完全解耦，减少误差，自我诊断

4. 研究创新点

特色与创新：

六维加速度传感器属于多输入多输出类惯性测量仪器，目前国内对其研究较少而对其故障诊断的研究更显凤毛菱角。 另外对六维加速度传感器的解祸算法从多角度展开研究，结果表明所提出的两类解祸算法在理论上均能够有效实施六维加速度的完全解耦，且具有较高的效率和较强的适应性。