MEMS傳感器的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)試驗

式中：x為渦輪流量計流量；y為MEMS傳感器輸出電壓。

可知，MEMS傳感器輸出電壓信號與液壓系統中流量呈線(xiàn)性關(guān)系，圖中R2表示該函數與散點(diǎn)圖的擬合程度，R2越接近1，則擬合程度越高。此時(shí)可以確定MEMS傳感器標度轉換系數為：a＝0.6331；b＝0.0078。這也為今后進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型MEMS傳感器的可視流量表頭提供了理論依據。

4、MEMS傳感器的動(dòng)態(tài)試驗

在動(dòng)態(tài)試驗中，保持液壓泵提供20L/min的工作流量，使用Wavebook512信號系統對MEMS傳感器輸出流量信號進(jìn)行采集，如圖7所示。盡管受到系統內閥口、管路等造成的干擾，而且由于柱塞泵各柱塞在制造、安裝以及使用中產(chǎn)生的誤差和磨損造成的不均勻現象，導致流量波動(dòng)曲線(xiàn)有些變形，但是還是可以很清晰的看出流量的波動(dòng)周期約為60ms，即頻率16.7Hz。由于電動(dòng)機工作在50Hz頻率，額定轉速1000r/min，因此相應的軸向柱塞泵運轉頻率也是1000/60＝16.7Hz，這正與上面的測量結果吻合。

圖7 MEMS傳感器的瞬態(tài)流量信號

當變頻器頻率調至80Hz時(shí)，電機轉速為1596r/min，柱塞的轉動(dòng)頻率為186.2Hz，脈動(dòng)總周期為37.6ms。調整新型MEMS傳感器高通濾波截止頻率為180Hz，低通濾波器截止頻率為200Hz，組合成為一個(gè)帶通濾波器，觀(guān)察新型MEMS傳感器時(shí)域圖，如圖8。從圖中可以看到在37.6ms中包含了7個(gè)脈動(dòng)，而用于試驗動(dòng)力源的軸向柱塞泵恰為7個(gè)柱塞，這說(shuō)明新型MEMS傳感器能夠響應200Hz的頻率。

圖8 電機工作在80Hz時(shí)新型MEMS傳感器帶通濾波時(shí)域圖

通過(guò)上述試驗可以說(shuō)明，盡管沒(méi)有標準高頻流量?jì)x表來(lái)標定，不能很準確地讀出動(dòng)態(tài)流量測量的精度，但是此時(shí)流量信號平均值與標定后靜態(tài)流量值是一致的，說(shuō)明結果是正確的，并且從整個(gè)試驗過(guò)程來(lái)看，新型流量傳感器所能檢測到的流量脈動(dòng)的最高頻率已經(jīng)超過(guò)200Hz，具有較高的頻響，這是孔板、渦輪、橢圓齒輪流量計遠遠不能達到的。

5、結 論

(1)對新型MEMS流量傳感器的結構和理論壓差―流量模型進(jìn)行了介紹，從理論模型可知，對于某一半徑的管路，當液壓油密度為定值時(shí)，流量與壓力差之間的對應關(guān)系取決與a和b的值，也就是異徑結構的尺寸參數，而與系統的靜壓力無(wú)關(guān)。α為流道1內的擴壓作用，β為流道2內的壓縮作用，因此該式可以用來(lái)計算管內的流量。

(2)對新型MEMS傳感器的結構進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)仿真發(fā)現，異徑管內部進(jìn)口處有明顯的壓力突變，導致了異徑管內部壓力反而比外部壓力小，這是由于理論分析時(shí)忽視了異徑管進(jìn)口處壓損造成的。但是在異徑管后續直管段內外壓力穩定，形成一定壓力差，這與理論分析是一致的。

(3)對MEMS芯體和流量傳感器進(jìn)行了靜態(tài)標定，線(xiàn)性度良好。所選壓阻式MEMS微型壓差敏感芯體的性能滿(mǎn)足實(shí)驗要求。確定了MEMS傳感器標度轉換系數，為今后進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型MEMS傳感器的可視流量表頭提供了理論依據。

(4)針對MEMS傳感器進(jìn)行了動(dòng)態(tài)試驗，發(fā)現新型MEMS傳感器具有低擾動(dòng)、高頻率響應等特點(diǎn)，適合用于液壓系統的動(dòng)態(tài)測量。