国家标准 GB/T33929一2017 MEMS 值加速度传感器性能试验方法 TestmethodsoftheperformaneeforMIEMShighgaecelerometer 2017-07-12发布 2018-02-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/33929一2017 MIEMS高s值加速度传感器性能试验方法范围本标准规定了MEMS高值加速度传感器的电气性能和基本性能的术语和定义,试验条件、,试验的一般规定、试验项目及方法本标准适用于量程在1×10'g一2×10'片范围的MEMS高值加速度传感器(以下简称加速度传感器)性能试验规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注明日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T2421.1电工电子产品环境试验概述和指南 GB/T7665传感器通用术语 GB/T26111微机电系统(MEMS)技术术语 JF1156振动冲击转速计量术语及定义术语和定义 GB/T7665,GB/T26111和JF1156界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 霍普金森杆Hopkinsonrod 采用弹性波在细长杆中传播而产生冲击运动的冲击装置试验条件 4.1环境条件 4.1.1标准大气条件除非详细规范另有规定,所有试验应在GB/T2421.1所规定的试验用标准大气条件下进行 4.1.2电磁条件除产品技术条件另有规定,试验场地除地磁场外,应无其他外界电磁场 4.1.3振动条件除产品技术条件另有规定,试验场地测试台应无机械振动
GB/T33929一2017 4.2测试系统 4.2.1绝对校准测试系统绝对校准测试系统主要由霍普金森杆,激光干涉仪、数据采集装置等组成冲击加速度幅值:1×10'g2×10" a g; b 冲击加速度脉冲宽度:2×10-'s~1×10了s; 激光干涉仪最大测速;不小于100m/s c 速度测量不确定度;不大于3% d 用于激光干涉仪光电信号的采集设备模拟带宽应不小于200MHz,用于加速度传感器输出采 e 集设备模拟带宽不小于(10'/)Hz或更高(为脉冲持续时间s). 4.2.2冲击比较测试系统冲击比较校准测试系统主要由冲击激励源、标准加速度传感器、数据采集装置等组成冲击比较校准冲击激励源主要有冲击台、马歇特锤等冲击加速度幅值;1×10'一4×10'g a 冲击加速度脉冲宽度;1×10-了s一5×10-'s b c 用于加速度传感器输出采集设备模拟带宽不小于(10'/t)Hz为脉冲持续时间,s). 4.2.3证书文件(实验设备和计量器的检定试验用的试验设备和计量器具应经过计量检定 5 试验的一般规定 5.1被测加速度传感器安装若被测加速度传感器使用说明书对安装和连接做了详细规定,应符合使用说明书要求加速度传感器安装于冲击运动体上，安装面应清洁平滑,粗糙度Ra<1.6wm 冲击运动体和被测加速度传感器组合体的共振频率应高于(10/)Hz(为脉冲持续时间,s);应注意控制冲击体的旋转和横向运动;应避免冲击机结构谐振对冲击运动体的影响连接导线采用低噪声屏蔽电缆,尽可能避免和被测加速度传感器相对运动 5.2放置和预热被测加速度传感器和与试验有关的试验装置正确安装,连接后,应使其在试验环境条件下放置时间不少于1h 试验前,测试系统应进行通电预热;被测加速度传感器应通电预热0.5h 试验项目及方法 6.1电气性能试验 6.1.1试验项目电气性能试验项目如下: 输人阻抗; a
GB/33929一2017 b 输出阻抗; 绝缘电阻 6.1.2试验方法 6.1.2.1输入阻抗在加速度传感器输出端开路情况下,用欧姆表或相应仪表测量其输人端的阻抗 6.1.2.2输出阻抗在加速度传感器输人端短路情况下,用欧姆表或相应仪表测量其输出端的阻抗 6.1.2.3绝缘电阻在加速度传感器相互绝缘的部件之间,各引出线和壳体之间,或绝缘的部件与地之间施加直流电压,用绝缘电阻测试仪测量绝缘电阻 6.2基本性能试验 6.2.1试验项目基本性能试验项目如下零点输出 a b 峰值灵敏度; 灵敏度; c d 非线性误差; 灵敏度重复性; e 闵值 f 频率响应 g hh) 满量程输出; 零点漂移 i 零点温度漂移横向灵敏度比 k 抗过载能力 6.2.2试验方法 6.2.2.1 总则采用绝对校准的方法测试时,被测加速度传感器与光栅座一同安装在霍普金森杆的末端面,当子弹冲击时,杆中产生激励加速度信号激光干涉仪测量光栅的移动速度,对时间微分后可得到加速度传感器的移动加速度,数据采集装置采集记录的被测加速度传感器输出信号,与激光干涉仪测得加速度信号进行比较分析,以得到加速度传感器的基本性能,见附录A中A.1 采用冲击比较校准的方法测试时被测加速度传感器与标准加速度传感器“背对背”安装在冲击运动体上,冲击锤冲击硝座时,运动体上产生激励加速度信号用数据采集装置记录标准加速度传感器与被测加速度传感器输出信号进行比较分析,以得到加速度传感器的基本性能,见A.2 6.2.2.2 零点输出在4.1试验环境条件下,按5.2连接好测试系统,加速度传感器通电预热0.5h后试验在不加载
GB/T33929一2017 荷的条件下测量加速度传感器的输出值 6.2.2.3峰值灵敏度在4.1试验环境条件下,按5.2连接好测试系统,加速度传感器通电预热0.5h后进行冲击试验被测加速度传感器感受到冲击发生装置的冲击加速度信号,输出相应的电压信号,电压信号峰值与输人冲击加速度信号峰值的比值为峰值灵敏度峰值灵敏度用式(1)计算 Y s，一式中: 加速度传感器的峰值灵敏度,相当于单位值输出的电压(电流、数字量),mVmA、,ISB) 5 加速度传感器输出峰值,mv(mA、LsB) Y" X -输人加速度峰值,g 6.2.2.4峰值灵敏度重复性在4.1试验环境条件下,按5.2连接好测试系统,加速度传感器通电预热0.5h后进行冲击试验在加速度传感器规定的量程范围内,在同一冲击条件下,按照6.2.2.3对加速度传感器峰值灵敏度进行多次测量,测量点不少于五点记录各示值,然后按下面的方法计算峰值灵敏度重复性首先计算第i(i=1、2、、n,n>5)个测试点峰值灵敏度s的平均值SR -,习s 然后按式(3)计算各测试点的重复性郎a: |SR-Sn ×100% 找出中的最大值,此即为被测加速度传感器的峰值灵敏度重复性 6.2.2.5灵敏度在4.1试验环境条件下,按5.2连接好测试系统,加速度传感器通电预热0.5h后进行冲击试验作用正向激励加速度,从零逐渐增大直至近似等于测量范围上限,再从测量范围上限逐渐减小直至近似等于零记录下每个测量点的输人加速度值X,和加速度传感器的输出值Y,单个行程测量点的个数不少于6个对测得的数据进行最小二乘拟合 Y=a十s X (4 式中 Ys -加速度传感器的理论输出,mvmA、LSB); 最小二乘直线的斜率,即被测加速度传感器的灵敏度,相当于单位值输出的电压(电流、 S 数字量),mVv(mA、LSB): 最小二乘直线的截距,mV(mA、,I.SB); a 加速度传感器的输人加速度，g 其中截距a和灵敏度s分别按式(5)、式6)求出】x-x】xx 5 "习;-(习x
GB/33929一2017 Sx》斗 6 -(x) " 式中 X-第i个测量点输人加速度值,片; Y第个测量点加速度传感器输出值,mV(mA、LSB); -测试点个数 6.2.2.6非线性误差在4.1试验环境条件下,按5.2连接好测试系统,加速度传感器通电预热0.5h后进行冲击试验在加速度传感器规定的测量范围内(含最大值)调整冲击加速度值,从零逐渐增大直至近似等于测量范围上限,按照6.2.2.3对加速度传感器蜂值灵敏度进行多次测量,测量点不少于六点记录各示值,然后按下面的方法计算非线性误差首先计算第i(i=1、2、、n,n>6)个测试点峰值灵敏度s的平均值SL 瓦-> 然后按式(8)计算各测试点的非线性误差 S-SM ×100% = 找出中的最大值,此即为被测加速度传感器的非线性误差 6.2.2.7 阔值在4.1试验环境条件下,按5.2连接好测试系统,加速度传感器通电预热0.5h后进行冲击/振动试验从低到高或从高到低改变激励加速度信号时,能够检测到的最小输出值与灵敏度的比值值用式(9)计算公Y X，= 式中 X 加速度传感器的阂值,g; 上能够检测到的最小输出值,mVv(mA、LSB) 加速度传感器灵敏度,相当于单位值输出的电压(电流、数字量),mV(mA,I.SB). 6.2.2.8频率响应在4.1试验环境条件下,按5.2连接好测试系统,加速度传感器通电预热0.5h后进行冲击试验校准装置在测量范围内冲击加速度传感器,经过解算可以得到加速度传感器的传递函数,进而计算幅频特性、相频特性,从而可以找出加速度传感器的工作频带被测加速度传感器的传递函数G.(s),可通过式(10)计算 L[a.(t L[a.t] G,(s 10 L[at)1 、×V(1 式中 -时间,s; -拉氏变换;
GB/T33929一2017 -被测加速度传感器的输人的敞励加速度,m/ ai( -被测加速度传感器的输出加速度,m/s; a.( V -激光干涉仪测量的杆末端面的速度,m/s 冲击比较法频响测试方法见附录B 6.2.2.9满量程输出加速度传感器测量范围上限输出值与测量范围下限输出值之差的绝对值(以理论特性直线的计算值为依据)为满量程输出值满量程输出值用式(11)计算 Ys=|s(X一X 11 式中: S 加速度传感器灵敏度,相当于单位K值输出的电压电流、数字量),mVmA,I.SB). 试验方法应满足6.2.2.4的要求; X、X 分别为测量上、下限的加速度值，g 6.2.2.10零点漂移在4.1试验环境条件下,加速度传感器通电预热0.5h后进行测试测量加速度传感器未施加载荷下的零点输出,每隔0.5h读取一次,连续读取2h(共5次) 加速度传感器的零点漂移按式(12)计算: AYon ×100% 12 Y = 式中零点输出的最大差值,mVv(mA、LSB); Y m8X 被测轴的满量程输出值,mv(mA,L.SB) YF.s 6.2.2.11 零点温度漂移在4.1试验环境条件下,将传感器置于高、低温试验箱内,加速度传感器通电预热0.5h,首先记录室温时的零点输出值然后按规定的温度档和升(降)温顺序进行试验,测量传感器从工作温度下限至工作温度上限,不同温度时的零点输出值,测试时在各温度保温0.5h后进行测试将不同温度下测得的零点输出值分别代人式(13),求出不同温度下的零点温度漂移值,其中最大值为传感器的零点温度漂移 YT一YTe K,T)= <100% 13 YsT一T 式中: K.(T 温度为T时的零点温度漂移值,%/C; T 参考温度(室温),C; YT -温度丁时零点输出,mVmA,LSB); Y,Te 参考温度Tc时零点输出,mV(mA,L.SB); 静态校准的满量程输出值,mVmA.L.sB) Yp.s 6.2.2.12横向灵敏度比在4.1试验环境条件下,加速度传感器安装在校准装置上,被测加速度传感器敏感轴垂直于冲击方向,加速度传感器通电预热0.5h后进行冲击试验在相同的冲击条件下沿垂直于灵敏轴方向冲击,记录被测加速度传感器输出和输人加速度值,按6.2.2.3计算加速度传感器的横向灵敏度加速度传感器的横向灵敏度比TSR按式(14)计算
GB/33929一2017 TsR=I×100% (14 S 式中 TsR 横向灵敏度比 S -被测加速度传感器横向灵敏度,相当于单位值输出的电压(电流、数字量),mVmA L.SB); -被测加速度传感器敏感轴向灵敏度,相当于单位值输出的电压电流、数字量),mV s. mA,LSB 6.2.2.13抗过载能力抗过载能力是指加速度传感器在规定允许范围内,加在加速度传感器上不导致加速度传感器性能永久性变化的极限加速度值确定极限加速度,采用逐次加大冲击的方法在4.1试验环境条件下,按 5.2连接好测试系统,加速度传感器通电预热0.5h后进行极限冲击试验给加速度传感器灵敏轴正负两个方向上分别施加极限加速度,然后放置2h,再测其灵敏度如果灵敏度变化大于士1dB,说明极限加速度值低于此值否则,根据需要可加大极限加速度的冲击值,重新试验
GB/T33929一2017 附录 A 规范性附录) 测试装置 A.1霍普金森杆装置光栅激光干涉式霍普金森杆校准装置组成如图A.1所示,主要由霍普金森杆、多普勒激光干涉仪、动态信号分析仪组成霍普金森杆用于在校准端面获得波形良好、横向运动小的冲击过程多普勒激光干涉仪用于检测由于光栅运动产生的多普勒频移信号垫片炮管站被校传感器回收槽子弹光栅 Hopkinson杆动态信号放大多普勒微光计算机分新仪心路干涉仪图A.1光栅激光干涉冲击校准系统原理图由压缩空气发射弹体,同轴撞击校准杆的起始端,产生冲击加速度,同时作用于光栅和被测加速度传感器通过测量Hopkinson杆端部加迷度传感器安装座上光栅的迷度一时间关系曲线,微分得到加速度一时间关系曲线,以此作为加速度传感器的激励,与加速度传感器的响应输出联合处理,可得到加速度传感器的动态特性(包括幅频和相频特性曲线)甚至传递函数所以采用激光多普勒原理,用衍射光栅获取多普勒频移信号,可以绝对复现冲击加速度量值并对加速度进行校准被测加速度传感器安装在冲击运动体上,其敏感方向和冲击运动体的运动方向一致当冲击运动体承受冲击运动时,运动速度的时间函数v()和所应用的激光干涉系统的多普勒频移时间函数之间的存在确定的数学关系 u()=kAfa( A.l 式中冲击运动速度,m/s, u( 激光多普勒频移.Hz fa(1 比例系数,m k 将上式作微分处理可得 d[f(] a(t (A.2 =k dle 式中 -冲击运动加速度,m/s a(t 典型的差动式光栅激光干涉法测量加速度示意如图A.2所示
GB/33929一2017 冲击运动体 ( 运动反射镜被校加速度计 M 图A.2差动式光栅激光干涉方法的加速度测量示意图差动式光栅激光干涉方法比例系数k为: A.3 大 m ma 式中光栅常数,ms 光栅衍射级数 m1,m2 A.2冲击锤装置冲击锤包括冲击台、马歇特锤等马歇特落锤是由砧子、锤头连杆和吊锤等组成的冲击试验装置将被测加速度传感器和参考标准加速度传感器固定在锤头同一校准平面,加速度传感器的外围测试电路和导线固定在连杆上,转动转轮将锤头抬起后释放,对加速度传感器进行冲击冲击台则是将同时载有标准加速度传感器和被测加速度传感器的台体,抬升到一定高度释放,自由落下时撞击底座来产生冲击加速度相对校准中,参考标准加速度传感器的灵敏度和全部技术性能是已知的;另一只为被测加速度传感器,用同样的加速度a激励它们,则它们的输出分别为 =Ssa A.4 ls u下=Sra A.5 式中 us、S -标准加速度传感器的输出、灵敏度; ur、S -被测加速度传感器的输出、灵敏度则 T S下=Ss A.6 uS
GB/T33929一2017 录附 B 规范性附录) 冲击比较法频响测试方法当落锤自某一初始高度自由下落冲击砧座时,产生一个瞬时加速度脉冲u() 两个加速度传感器同时受到相同冲击加速度脉冲的激励,其响应分别为.r()和y(t),见图B.1 0 W(o 0 7 s .(9 () As 说明标准加速度传感器; -被测加速度传感器; C,C 前置放大器图B.1冲击比较校准法说明图将加速度传感器系统看做线性定常环节,设其传递函数分别为w(s)和w.(s),则有 Ys=WsU(s B.l Xs=W.sUs B.2 从而 Y(s w,(s) B.3 Xs w.( 即 Ws=W.s (B,4 Xs 若r()与y()的傅里叶变换存在,分别为X(jo)与Y(jo),令 Y(jo Jso) -W(jw)=A(o)e B.5 Xw )epa() w.(jw)=A.(w)e B.6 w(jio)=A,(w)e/(o) B.7 则有 W(jw)=W.(jw)W(jo B.8 或 A(w)=A.wAw B.9 9o)=9.w)g(o B.10 可见,若标准加速度传感器的频率特性已知,则可由z(t)与y()的频谱之比,求得被测加速度传感器的频率特性w,(jo). 10
GB/33929一2017 -般选用工作频带很宽的加速度传感器作为标准加速度传感器,当其工作频带将被测加速度传感器工作赖带充分覆盖时,可认为在此频率范围内,有A.(w)=K.f.(w)=0(被测加速度传感器工作赖带范围内,标准加速度传感器被看作纯放大环节),且不失一般性,可令K =1,从而 (B.11 wjo)=wjo) 此时认为r()完全复现了u(t),可将其作为被测加速度传感器的输人观测量加以分析
GB/T33929一2017 参考文献 [1]JF233压电加速度计 [2]JF1153冲击加速度计(绝对法)校准规范 [3]S20811压阻式加速度传感器总规范

MEMS高g值加速度传感器性能试验方法GB/T33929-2017详解

MEMS高g值加速度传感器是一种常用的传感器，广泛应用于工业自动化、安防、医疗等领域。为了保证其准确性和稳定性，我们需要对其进行性能试验。GB/T33929-2017标准规定了MEMS高g值加速度传感器的性能试验方法。

试验范围

GB/T33929-2017标准适用于MEMS高g值加速度传感器的性能试验，包括：灵敏度、零点漂移、温度影响、震动影响等指标。

试验方法

GB/T33929-2017标准规定了MEMS高g值加速度传感器的各项指标的具体测量方法：

灵敏度：通过在重力场下测量加速度传感器输出信号的变化，计算出其灵敏度。
零点漂移：通过在不同温度下测量加速度传感器输出信号的变化，计算出其零点漂移。
温度影响：通过在不同温度下测量加速度传感器输出信号的变化，计算出其温度影响系数。
震动影响：通过在各种条件下对加速度传感器进行振动测试，计算出其震动影响。

试验注意事项

在进行MEMS高g值加速度传感器的性能试验时，需要注意以下几个方面：

试验环境应该尽可能保持安静，避免外部干扰；
试验仪器应该符合标准要求，并且需要进行定期校准；
试验数据需要进行统计和分析，确保结果的可靠性。

总之，GB/T33929-2017标准为MEMS高g值加速度传感器的性能试验提供了具体的指导和规范。只有按照标准操作，才能得到准确、可靠的结果。同时，我们也应该不断探索各种新技术和新方法，提高MEMS高g值加速度传感器的性能和应用范围。