MEMS傳感器的優(yōu)化與動態(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(tǒng)中流量呈線性關(guān)系，圖中R2表示該函數(shù)與散點圖的擬合程度，R2越接近1，則擬合程度越高。此時可以確定MEMS傳感器標(biāo)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為：a＝0.6331；b＝0.0078。這也為今后進一步開發(fā)新型MEMS傳感器的可視流量表頭提供了理論依據(jù)。

4、MEMS傳感器的動態(tài)試驗

在動態(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(tǒng)對MEMS傳感器輸出流量信號進行采集，如圖7所示。盡管受到系統(tǒng)內(nèi)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(xiàn)象，導(dǎo)致流量波動曲線有些變形，但是還是可以很清晰的看出流量的波動周期約為60ms，即頻率16.7Hz。由于電動機工作在50Hz頻率，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，因此相應(yīng)的軸向柱塞泵運轉(zhuǎn)頻率也是1000/60＝16.7Hz，這正與上面的測量結(jié)果吻合。

圖7 MEMS傳感器的瞬態(tài)流量信號

當(dāng)變頻器頻率調(diào)至80Hz時，電機轉(zhuǎn)速為1596r/min，柱塞的轉(zhuǎn)動頻率為186.2Hz，脈動總周期為37.6ms。調(diào)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，組合成為一個帶通濾波器，觀察新型MEMS傳感器時域圖，如圖8。從圖中可以看到在37.6ms中包含了7個脈動，而用于試驗動力源的軸向柱塞泵恰為7個柱塞，這說明新型MEMS傳感器能夠響應(yīng)200Hz的頻率。

圖8 電機工作在80Hz時新型MEMS傳感器帶通濾波時域圖

通過上述試驗可以說明，盡管沒有標(biāo)準(zhǔn)高頻流量儀表來標(biāo)定，不能很準(zhǔn)確地讀出動態(tài)流量測量的精度，但是此時流量信號平均值與標(biāo)定后靜態(tài)流量值是一致的，說明結(jié)果是正確的，并且從整個試驗過程來看，新型流量傳感器所能檢測到的流量脈動的最高頻率已經(jīng)超過200Hz，具有較高的頻響，這是孔板、渦輪、橢圓齒輪流量計遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達到的。

5、結(jié) 論

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

(2)對新型MEMS傳感器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，通過仿真發(fā)現(xiàn)，異徑管內(nèi)部進口處有明顯的壓力突變，導(dǎo)致了異徑管內(nèi)部壓力反而比外部壓力小，這是由于理論分析時忽視了異徑管進口處壓損造成的。但是在異徑管后續(xù)直管段內(nèi)外壓力穩(wěn)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行了靜態(tài)標(biāo)定，線性度良好。所選壓阻式MEMS微型壓差敏感芯體的性能滿足實驗要求。確定了MEMS傳感器標(biāo)度轉(zhuǎn)換系數(shù)，為今后進一步開發(fā)新型MEMS傳感器的可視流量表頭提供了理論依據(jù)。

(4)針對MEMS傳感器進行了動態(tài)試驗，發(fā)現(xiàn)新型MEMS傳感器具有低擾動、高頻率響應(yīng)等特點，適合用于液壓系統(tǒng)的動態(tài)測量。